Celulas Gigantes En Arroz

Análisis transcripcional a través de la secuenciación de ARN de células gigantes inducidas por Meloidogyne graminicola en las raíces del arroz.

RESUMEN

Una de las razones de la disminución del rendimiento progresivo observado en la producción de arroz aeróbico es la rápida acumulación de poblaciones del nematodo de la raíz de arroz Meloidogyne graminicola. Estos nematodos inducen células especializadas de alimentación dentro del tejido de la raíz, llamadas células gigantes. Mediante la inyección de efectores y bebiendo metabolitos de estas células, reprograman el desarrollo normal de las células y en la privación de la planta de sus nutrientes. En este trabajo se ha estudiado el transcriptoma de células gigantes en el arroz, tras el aislamiento de estas células por microdisección de captura por láser. Los perfiles de expresión revelaron una inducción general del metabolismo primario dentro de las células gigantes. Aunque las raíces se protegieron de la luz inducción, que detecta una notable inducción de genes implicados en la biogénesis de cloroplasto y la síntesis de tetrapirrol.

La presencia de cloroplasto - como estructuras dentro de estas células cultivadas en la oscuridad se confirmó por microscopía confocal. Por otra parte, los genes implicados en el metabolismo secundario y, más específicamente, la mayoría de los genes relacionados con la defensa fueron fuertemente suprimidos en las células gigantes. Además, la inducción significativa de las transcripciones que participan en los procesos epigenéticos se detectó en el interior de estas células 7 días después de la infección.

INTRODUCCIÓN

Plantas biotróficas patogenas han desarrollado estrategias sofisticadas para manipular a su huésped. Ellos obtienen todos sus nutrientes de tejidos vegetales vivos haciendo contacto íntimo con su huésped evitando al mismo tiempo una respuesta de resistencia. El arroz es una de las plantas de cultivo más importantes en todo el mundo y un excelente sistema modelo para el estudio de plantas monocotiledóneas. Las estimaciones de las pérdidas anuales de rendimiento debidas a parásitos nematodos de las plantas en este rango de cultivo de 10 a 25% en todo el mundo (Puente et al., 2005). Uno de los más agronómicamente importantes nematodos que atacan el arroz es el grupo de nematodos de la raíz del arroz (RKN) Meloidogyne graminicola. El ataque a las raíces de las plantas es por sedentarios nematodos parásitos de las plantas, como los RKNs (Meloidogyne spp.) que conducen al desarrollo de alimentación especializada de las células en el tejido vascular. La segunda etapa juvenil del RKN perfora las células vasculares seleccionadas con su aguja e inyecta las secreciones faríngeas, lo que conduce finalmente a la reorganización de estas células en las típicas estructuras de alimentación llamadas células gigantes, de la que el nematodo se alimenta por el resto de su ciclo de vida sedentario (Gheysen y Mitchum,2011). Reprogramación fisiológica y morfológica de alimentación inicial de la célula conduce al aumento del tamaño nuclear, la proliferación de los orgánulos, activación metabólica, alteraciones del ciclo celular, y cambios en la pared celular (Gheysen y Mitchum, 2011). La hiperplasia y la hipertrofia de las células circundantes conduce a la formación de una agalla en la raíz, que se forma típicamente en las puntas de las raíces en el caso del arroz RKN M. graminicola. En comparación con otros RKNs, M. graminicola tiene un muy rápido ciclo de vida. En suelos bien drenados a 22-29 ° C, el ciclo de vida de M. graminicola se completa en 19 días. La inflamación de la punta de la raíz se observa ya en 1 día después de la infección (dai). En 3 dai, terminales agallas en forma de gancho son claramente visibles (Puente et al., 2005). Después de tres mudas de los nematodos son maduros, en torno a 10-12 dai. Mientras que la mayoría de los otros RKNs depositan masas de huevos en la superficie de la vesícula, las hembras de M. graminicola ponen sus huevos dentro de las agallas, y juveniles eclosionados pueden infectar el mismo o raíces adyacentes.

Hemos estudiado recientemente los patrones de reprogramación transcripcional en agallas inducidas por el RKN M. graminicola en el arroz mediante secuenciación profunda de ARN (Kyndt et al., 2012a). El informe refleja las diferencias de expresión génica de una combinación de cambios que se producen en las células gigantes y los tejidos circundantes a las agallas. Debido a la dificultad técnica de aislamiento de las células gigantes desde la mayoría de los tejidos de la raíz y de los análisis del transcriptoma de raíz tienen hasta ahora centrado en la totalidad del tejido-agalla, en Arabidopsis y tomate (por ejemplo, Bar-Or et al, 2005;. Jammes et al, 2005,.). Sin embargo, aunque técnicamente desafiante, el contenido de células gigantes pueden ser aislado usando microaspiración (Wang et al., 2003) o micro disección laser-captura (LCM; Fosu-Nyarko et al, 2009.; Barcala et al, 2010;. Portillo et al, 2009, 2013). La investigación de Barcala et al. (2010) y Portillo et al. (2013) demostraron el carácter distintivo molecular entre las células gigantes y el tejido circundante agallas.

El objetivo de nuestra investigación fue estudiar los cambios transcripcionales en las células gigantes formadas en las raíces del arroz tras la infección de RKN.

LCM se combinó con la secuenciación de ARNm (mRNASeq) para estudiar el transcriptoma de células gigantes en dos puntos de tiempo después de la infección. Hemos comparado los datos con los informes de células gigantes y completamos las agallas inducidas por RKN en arroz y otras especies de plantas. Algunos de los cambios reportados eran de forma independiente validado por la transcriptasa inversa cuantitativa- PCR (QRT-PCR) y microscopía confocal. Nuestro estudio pone de manifiesto que las vías metabólicas, la homeostasis hormonal, y los procesos epigenéticos se ven afectados durante el desarrollo de las células gigantes.

MATERIALES Y MÉTODOS

Infección y LCM de células gigantes

Oryza sativa cv. 'Nipponbare' (GSOR-100, USDA) se germinó durante 6 días a 30 ° C, transferido al sustrato SAP (polímero de arena absorbente; Reversat et al, 1999) y se cultivaron además a 26 ° C bajo una 16 h / 8 h régimen de luz / oscuridad. Un cuidado especial se toma para evitar cualquier influencia de la luz sobre las raíces de las plantas. Los nematodos se cultivaron y extrajeron como se describe anteriormente (Kyndt et al., 2012b). A los 12 días de edad se inocularon las plantas de SAP con 250 etapas y 2 juveniles de M. graminicola por planta. Las plantas de control fueron inoculadas en maqueta con agua. Un día después de la inoculación de la las plantas se transfirieron

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