BASES MOLECULARES DE LAS ENFERMEDADES BACTERIANAS EN PLANTAS

 

MOLECULAR BASIS OF BACTERIAL DISEASE IN PLANTS

 

 

 

 

Pablo Rodríguez Palenzuela

 

Emilia López

 Solanilla

 

Arancha Llama

 Palacios

 

Alfredo Maggiorani

Valecillos

 

Lilian Bracamonte

 

María Antúnez

Lamas

 

 

 

Líneas de investigación

Research lines

Erwinia chrysanthemi es un agente causal de podredumbres blandas en diversas especies vegetales. El factor de virulencia tradicionalmente más estudiado en esta bacteria son las enzimas pectolíticas que degradan la pared del hospedador y son responsables directas de los síntomas más característicos. No obstante, diversos estudios han puesto de manifiesto la naturaleza multifactorial de la virulencia en esta bacteria, y en particular la importancia de los mecanismos bacterianos de resistencia a factores de defensa de la planta tales como, péptidos antimicrobianos, estrés oxidativo, pH ácido y otros.

La secuenciación del genoma completo de esta bacteria (www.tigr.org) ha abierto nuevas perspectivas para el estudio de la interacción de este patógeno con sus hospedadores, permitiendo un abordaje sistemático de los mecanismos moleculares implicados en el proceso. En nuestro laboratorio estamos iniciando este tipo de abordaje siguiendo tres líneas principales:

1.- Identificación de genes candidatos basándonos en la homología con genes estudiados en otras bacterias y, en consecuencia la construcción sistemática de mutantes en los genes correspondientes. Esta estrategia se está aplicando de momento a genes de MDR (multidrug resistance) y genes implicados en el proceso de la quimiotaxis.

2.- Estudio del proteoma bacteriano en respuesta a diferentes factores de la planta, empleando electroforesis bidimensional combinada con técnicas fluorométricas (DIGE) y de espectroscopía de masas (MALDI).

3.- Estudio del transcriptoma bacteriano en respuesta a diferentes factores de la planta, empleando hibridación de “microarrays” que contienen el genoma completo de Erwinia chrysanthemi.

 

 

Erwinia chrysanthemi is one of the causal agents of the soft-rot disease in several crops. The virulence factor most studied in the past has been the secretion of pectolytic enzymes, which degrade the plant cell wall and are responsible of the most characteristic symptoms. However, several studies have highlighted the multifactor nature of the virulence of this bacterium; in particular, the importance of bacterial mechanisms of resistance to plant defence, as antimicrobial peptides, oxidative stress or acidic pH.

The completion of the genomic sequence of this bacterium (www.tigr.org) has open new avenues for the study of its interaction with the plant hosts, enabling a systematic approach to the molecular mechanisms involved in pathogensis. In our group, we are developing this approach through three main lines:

1.- Identification of candidate genes by homology with other known genes from other bacteria and, thus, systematic construction of the corresponding mutants. We are applying this strategy to MDRs and genes involved in chemiotaxis.

2.- Studies on the bacterial proteome in response to different factors, using 2D gels combined with fluorometric techniques (DIGE) and mass spectroscopy (MALDI).

3.- Studies on the bacterial transcriptome in response to several factors, using microarrays containing the complete bacterial genome.

 

 

Tecnologías disponibles

·          Técnicas básicas de Microbiología y Biología Molecular

·          Métodos moleculares para la identificación de bacterias fitopatógenas

·          Ensayos de virulencia en planta

·          Secuenciación de DNA

·          Micro-arrays

·          Proteómica (electroforesis bidimensional, DIGE, MALDI TOF)

·          Bioinformática

·          Microscopía confocal

·          PCR cuantitativo

·          Caracterización de la variabilidad genética (ITS, REP, rRNA)

·          Perfiles metabólicos (BIOLOG)

 

 Available Techniques

·          Basic techniques in Microbiology and Molecular Biology

·          Molecular methods for identification of plant pathogenic bacteria

·          Plant virulence assays

·          DNA sequencing

·          Microarryas

·          Proteomics (2D, DIGE, MALDI-TOF)

·          Bioinformatics

·          Confocal microscopy

·          Quantitative PCR

·          Charachterization of genetic variability (ITS, REP, rRNA)

·          Metabolic Profiles (BIOLOG)

 

Aplicabilidad de los resultados

·          Diagnóstico de enfermedades bacterianas en plantas

·          Identificación de nuevas dianas para el control de enfermedades bacterianas en plantas

·          Desarrollo de métodos de identificación de patógenos bacterianos

·          Caracterización de la variabilidad genética de cepas

Aplicability of results

·          Diagnostic of plant bacterial diseases

·          Identification of novel targets for the control of plant bacterial diseases

·          Novel techniques for identification of bacterial pathogens

·          Characterization of genetic variability

Colaboraciones y contactos con Instituciones

·          Ian Toth, Scotish Crop Research Institute, Dundee (Reino Unido)

·          Alan Collmer, Universidad de Cornell, Ithaca, NY, (USA)

·          Milagros López, IVIA, Valencia (España)

·          Emili Montesinos, Universidad de Gerona (España)

·          Donato Arranz, Dirección General de Agricultura, Comunidad de Madrid

Collaborations

·          Ian Toth, Scotish Crop Research Institute, Dundee (Reino Unido)

·          Alan Collmer, Universidad de Cornell, Ithaca, NY, (USA)

·          Milagros López, IVIA, Valencia (España)

·          Emili Montesinos, Universidad de Gerona (España)

·          Donato Arranz, Dirección General de Agricultura, Comunidad de Madrid

 

Publicaciones seleccionadas

 

F. García-Olmedo, A. Molina, J.M. Alamillo and P. Rodriguez-Palenzuela. Antimicrobial peptides. Biopolymers Science 47: 479-491 (1999).

 

M. Pernas, E. López-Solanilla, R. Sánchez-Monge, G. Salcedo and P. Rodríguez-Palenzuela. Antifungal activity of a plant cystatin. Mol. Plant-Microbe Interact. 7:624-627. (1999).

 

Miguel, E., Poza-Carrión, C., López-Solanilla, E., Aguilar, I., Llama-Palacios, A., García-Olmedo, F., and Rodríguez-Palenzuela, P. “Evidence against a direct antimicrobial role of H2O2 in the infection of plants by Erwinia chrysanthemi”. Mol. Plant-Microbe Interact. 13:421-429 (2000).

 

López-Solanilla, E., Llama-Palacios, A., and Rodríguez-Palenzuela, P. “Relative effects of mutations in the sap, pel, and hrp Loci of Erwinia chrysanthemi”. Mol. Plant-Microbe Interact. 14:386-393 (2001).

 

Llama-Palacios, A., López-Solanilla, E., and Rodríguez-Palenzuela, P. The ybiT gene of Erwinia chrysanthemi codes for a putative ABC transporter and is involved in competitiveness against endophytic bacteria during infection. Appl. Envrion. Microbiol. 68: 1624-1630 (2002).

 

Aguilar, I., Alamillo, J.M., García-Olmedo, F., and Rodríguez-Palenzuela, P. Natural variability in the Arabidopsis response to infection with Erwinia carotovora subsp. carotovora. Planta 215:205-209. (2002).

 

Aguilar, I., Poza-Carrión, C., Guío, A., and Rodríguez-Palenzuela, P Erwinia chrysanthemi genes specifically induced during infection in chicory leaves. Molecular Plant Pahology 3:271-275. (2002).

 

Llama-Palacios, A., López-Solanilla, E., Poza Carrión, C., García-Olmedo, F. and Rodríguez-Palenzuela, P. The Erwinia chrysanthemi phoP-phoQ operon plays an important role in growth at low pH, virulence and bacterial survival in plant tissue”. Molecular Microbiology 49:347-357. (2003).

 

Martínez, M., López-Solanilla, E., Rodríguez-Palenzuela, P., Carbonero, P. and Díaz, I. “Inhibition of plant pathogenic fungi by the barley cystatin Hv-CPI is not associated with its cysteine-proteinase properties”. Mol. Plant-Microbe Interact. 16: 876-883 (2003).

 

López-Solanilla, E., González-Zorn, B., Novella, S., Vázquez-Boland, J.A. and Rodríguez-Palenzuela, P. “Susceptibility of Listeria monocytogenes to antimicrobial peptides” FEMS Microbiological Letters 226:101-105 (2003).

 

Ham, J. H., Cui, Y., Alfano, J. R., Rodríguez-Palenzuela, P., Rojas, C. M., Chatterjee, A. K., and Collmer, “Analysis of Erwinia chrysanthemi EC16 pelE::uidA, pelL::uidA, and hrpN::uidA mutants reveals strain-specific atypical regulation of the Hrp type III secretion system.” Mol. Plant-Microbe Interact. 17:184-194. (2004).

 

Llama-Palacios, A., López-Solanilla, E., and Rodríguez-Palenzuela, P. “Role of the PhoP-PhoQ system in the virulence of Erwinia chrysanthemi strain 3937: involvement in sensitivity to plant antimicrobial peptides, survival at acid pH and regulation of pectolytic enzymes”. J. Bacteriol. (in press) (2005)