Un equip liderat per personal investigador del CSIC en el CRAG explica com les tomaqueres resistents al marciment bacterià generen barreres que frenen la malaltia. L’estudi desvela la formació de revestiments que restringeixen el moviment bacterià i prevenen la degradació de la paret cel·lular. Mitjançant enginyeria genètica, l’equip ha aconseguit incrementar la resistència al patogen Ralstonia solanacearum en varietats comercials de tomaquera.

Un nou treball liderat per Núria Sánchez Coll, investigadora del CSIC al Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG), desvela com les varietats de tomaquera resistents al marciment bacterià són capaces de restringir el moviment bacterià dins la planta. L’estudi, recentment publicat a la revista New Phytologist, analitza la composició i la formació de les barreres que confereixen resistència a Ralstonia solanacearum. Aquest bacteri és el causant del marciment bacterià, una malaltia amb efectes devastadors en molts cultius de solanàcies com el tomàquet, la patata, el pebrot i l’albergínia. L’anàlisi d’aquesta paret ha permès a l’equip investigador dissenyar varietats comercials de tomaquera molt més resistents al marciment bacterià.

 
L’impacte agroeconòmic de R. solanacearum, el patogen responsable de la malaltia del marciment bacterià, preocupa agricultors d’arreu del món a causa de la gran quantitat d’espècies a què afecta, a la seva àmplia distribució geogràfica i a la seva persistència al sòl i a l’aigua. Aquest bacteri entra a la planta a través de les arrels i colonitza els vasos del xilema que transporten aigua i nutrients cap a les tiges i les fulles, de manera que es propaga de forma sistèmica i, finalment, causa la mort de la planta. Les varietats de tomaquera resistents al marciment bacterià són capaces de sintetitzar recobriments de reforç que confinen el bacteri als vasos infectats, fet que evita la propagació de R. solanacearum als teixits sans. Tot i ser un factor clau per a la resistència, la composició i la formació d’aquestes barreres no s’havia estudiat en detall fins ara.
 

Parets reforçades que confinen la infecció

 

Per entendre com funciona la resistència al marciment bacterià, l’equip investigador va comparar una varietat comercial susceptible de tomaquera amb una varietat altament resistent que, tot i produir tomàquets molt petits no aptes per al consum, representa una font fiable de resistència en programes de millora vegetal.
Després d’infectar ambdues varietats amb R. solanacearum, les anàlisis histològiques, d’imatges en viu i espectroscòpiques van revelar la formació de recobriments que contenien ligno-suberina i compostos fenòlics relacionats (com els HCAAs) als vasos de les plantes resistents. Aquests reforços estructurals a la paret, absents a les plantes susceptibles, ofereixen una barrera fisicoquímica que confina els bacteris al xilema i fa que els seus vasos siguin resistents a la degradació patògena.

 

Les investigadores de l’ICMAB Anna Laromaine i Sumithra Srinivasan, del grup Nanoparticles & Nanocomposites (NN), van col·laborar en l’anàlisi de l’estructura del xilema mitjançant tècniques de caracterització de la ciència dels materials com ara la reflexió total atenuada – espectroscòpia infraroja de la transformada de Fourier (ATR-FTIR) i microscòpia electrònica SEM.

«Al nostre treball anterior, vam identificar els colls d’ampolla a través dels quals les tomaqueres resistents poden limitar la propagació de R. solanacearum, i vam descobrir que el teixit del xilema és un important camp de batalla entre patogen i hoste on està en joc el resultat de la infecció. Gràcies a la col·laboració amb investigadors i investigadores de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB, CSIC), del Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS, CSIC) i de la Universitat de Girona, identificar les intenses modificacions estructurals i metabòliques que es produeixen els vasos del xilema de les plantes resistents en resposta a patògens, uns canvis que eviten la colonització bacteriana dels teixits i cèl·lules circumdants», assenyala Núria Sánchez Coll, investigadora del CSIC al CRAG a càrrec d’aquest estudi.

Enginyeria genètica per aconseguir plantes més resistents

 

D’acord amb l’acumulació observada de ligno-suberina i compostos relacionats als revestiments dels vasos, una anàlisi posterior va mostrar que els gens implicats en les vies de síntesi d’aquestes molècules estaven sobreexpressats en plantes resistents infectades amb R. solanacearum. Davant d’aquests resultats, l’equip investigador es va proposar determinar si la sobreexpressió d’aquests gens en tomaqueres susceptibles augmentaria la reva resistència al marciment bacterià.

«Els nostres experiments demostren que la sobreexpressió de gens de la via de la ligno-suberina en una varietat comercial susceptible de tomaquera proporciona un mecanisme de resistència molt eficaç a R.solanacearum, ja que es restringeix dràsticament la propagació bacteriana i es bloqueja l’aparició de la malaltia», explica Álvaro Luis Jiménez, investigador predoctoral involucrat en l’estudi.

«Altres treballs han demostrat que l’acumulació de suberina també es produeix en resposta a la sequera, i que la síntesi de ligno-suberina està ben conservada en tot el regne vegetal. Juntament amb els resultats del nostre estudi, les investigacions ens duen a pensar que l’enginyeria genètica d’aquestes vies podria tenir un doble impacte tant sobre la resistència bacteriana com sobre la resistència a la sequera, fet que milloraria el rendiment de les plantes al camp en condicions adverses», conclou Sánchez Coll.

Aquesta recerca ha estat possible gràcies al suport financer de MCIN/AEI/10.13039/501100011033 (Nuria S. Coll, Marc Valls), MCIN/AEI/PID2019-110330GB-C21 (Mercè Figueras, Olga Serra), MCIN/AEI/PID2020- 118968RBI00 (Jorge Rencoret), a través del Programa Severo Ochoa per a Centres d’Excel·lència en R+D (SEV-2015-0533, CEX2019-000917 i CEX2019-000902-S finançat per MCIN/AEI/10.13039/501100011033), i pel Consell Nacional d’Investigacions Científiques (CSIC) pie-201620E081 (Jorge Rencoret, Ana Gutiérrez) i
la Generalitat de Catalunya (subvenció 2017SGR765). Anurag Kashiap és el destinatari d’una beca internacional Netaji Subhas – Indian Council of Agricultural Research. Sumithra Srinivasan reconeix el suport financer de DOC-FAM, el programa de recerca i innovació Horizon 2020 de la Unió Europea dins l’acord de subvenció Marie Sklodowska-Curie número 754397. Aquest treball també ha comptat amb el suport del Programa CERCA/Generalitat de Catalunya.

 Artícle de referència:

Anurag Kashyap, Álvaro Luis Jiménez-Jiménez , Weiqi Zhang , Montserrat Capellades, Sumithra Srinivasan, Anna Laromaine, Olga Serra, Mercè Figueras, Jorge Rencoret, Ana Gutiérrez, Marc Valls and Nuria S. Coll. Induced ligno-suberin vascular coating and tyramine-derived hydroxycinnamic acid amides restrict Ralstonia solanacearum colonization in resistant tomato. New Phytologist (2022). https://doi.org/10.1111/nph.17982

 

Instituto de Análisis Económico (IAE)

Talls transversals de tiges de tomaquera observats amb microscòpia de fluorescència d’una varietat susceptible (esquerra) i una resistent (dreta) infectades amb Ralstonia solanacearum. Les plantes resistents mostren una acumulació de compostos fenòlics (fluorescència blava) i compostos relacionats amb la ligno- suberina (fluorescència verda) als seus vasos que proporciona un mecanisme de restricció contra el bacteri. Crèdit: CRAG.