Effector-mediated suppression of plant defense against biotrophs through activation of antagonistic defense against necrotrophs

Plant hormones are small molecules involved in the regulation of plant growth, development, reproduction and stress responses. Salicylic acid (SA) and jasmonates (JA) are essential for the activation of defence responses against pathogens. SA signaling is involved in triggering immunity against biotrophic pathogens while JA activates resistance against necrotrophic pathogens. The SA and JA pathways are mostly antagonistic: elevated biotroph resistance correlates with increased necrotroph susceptibility, and vice versa. Using transcriptomics to look for a functional overlap between plant gene silencing and type III-mediated plant responses we found that genes associated to JA signaling were overrepresented in the overlapping set, more so than SA-related genes. We present here the results of the ensuing analysis, showing effector-mediated activation of the JA pathway as a virulence mechanism, and establishing a novel role for gene silencing in the regulation of the JA pathway.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech - See more at: http://riuma.uma.es/xmlui/handle/10630/5393/submit/12176e8e39815b4d6112192a6815221718868c2f.continue#sthash.RYCQTkwy.dpu

A bacterial acetyltransferase targets the protein kinase ZIP1, a positive regulator of plant immunity

Pseudomonas syringae is a model bacterial pathogen that penetrates the leaf to reach the plant apoplast, where it replicates causing disease. In order to do that, the pathogen must interfere and suppress a two-tiered plant defense response: PTI (PAMP-Triggered Immunity, or basal resistance) and ETI (Effector-Triggered Immunity). P. syringae uses a type III secretion system to directly deliver effector proteins inside the plant cell cytosol, many of which are known to suppress PTI, some of which are known to trigger ETI, and a handful of which are known to suppress ETI. Bacterial infection can also trigger a systemic plant defense response that protects the plant against additional pathogen attacks known as SAR (Systemic Acquired Resistance). We are particularly interested in the molecular and cellular mechanisms involved in effector-mediated defense evasion by P. syringae, in particular those involved in the suppression of ETI and SAR, and/or mediation of hormone signaling. Here we present data describing effector-mediated interference with plant immunity, by means of acetylation of a key positive regulator of local and systemic responses. Our work identifies a novel plant target for effector function, and characterizes its function. This work illustrates how analyzing the means by which a given effector interferes with its target can provide novel information regarding eukaryotic molecular mechanisms.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech. MINECO BIO2015-64391R y FEDE

The bacterial effector HopZ1a acetylates ZIP1 kinase to suppress Arabidopsis defence responses

During the plant-pathogen interaction, disease or resistance are determined in the plant by a series of molecular events. The plant detects Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs), such as flagellin, triggering a defence response called PTI (PAMP-Triggered Immunity). Bacterial pathogens can in turn suppress such defence response through the translocation into the plant cell cytosol of virulence proteins, called effectors, via a Type Three Secretion System (T3SS). In resistant plants, intracellular receptors known as R proteins recognize these effectors, triggering a second line of defence, more specific and intense, called ETI (Effector-Triggered Immunity), which usually leads to programmed cell death known as HR (Hypersensitive Response). Pseudomonas syringae is a phytopathogenic bacterium whose virulence depends on a T3SS and its effector repertoire. Some strains include HopZ1a, an unusual effector which is able to suppress in Arabidopsis both local (PTI and ETI), and systemic (SAR, for Systemic Acquired Resistance) defences, by means of its acetyltransferase activity. In resistant Arabidopsis plants, HopZ1a acetylates the ZED1 pseudokinase, which is proposed to function as a decoy mimicking HopZ1a target in the plant: ZED1 modification activates an R-protein (ZAR1) to trigger HopZ1a-dependent ETI. None of the Arabidopsis proteins proposed to date as HopZ1a targets is a kinase, nor fully explains the effector´s defence suppression abilities. In this work we identify an Arabidopsis kinase that functions as a positive regulator of PTI, ETI and SAR, which interacts with HopZ1a and is acetylated by this effector in lysine residues essential for its kinase activity. Further, HopZ1a can specifically suppress the defence phenotypes resulting from ZIP1 expression in Arabidopsis. We propose that ZIP1 acetylation by HopZ1a interferes with its kinase activity, and consequently with positive defence signalling.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

miRNA/phasiRNA mediated regulation of plant defense response against P. syringae

Gene silencing is a mechanism of regulation of gene expression where the small RNAs (sRNAs) are key components for giving specificity to the system. In plants, two main types of noncoding small RNA molecules have been found: microRNAs (miRNAs) and small interfering RNAs (siRNAs). DCL proteins acting on large RNA precursors produce the mature forms of sRNAs (20-24nt) that can act as negative regulators of gene expression. In recent years, the role of miRNAs in regulation of gene expression in plant responses against bacterial pathogens is becoming clearer. Comparisons carried out in our lab between expression profiles of different Arabidopsis thaliana mutants affected in gene silencing, and plants challenged with Pseudomonas syringae pathovar tomato DC3000, led us to identify a set of uncharacterized R genes, belonging to the TIR-NBS-LRR gene family, as differentially expressed in these conditions. Through the use of bioinformatics tools, we found a miRNA* of 22 nt putatively responsible for down-regulating expression of these R genes. We have validated this regulation, and have also established that the corresponding pri-miRNA is down-regulated upon PAMPs or bacteria perception. Using GUS reporters, we have characterized the expression pattern of both pri-miRNA and its best target R genes. We demonstrate that plants with altered levels of miRNA* (knockdown or overexpression lines) exhibit altered PTI-associated phenotypes, supporting a role for this miRNA* in the defence response against this bacterial pathogen. Finally, we identify phasiRNAs that arise from the transcript of one of the R target genes in a miRNA*-RDR6-DCL4-dependent manner.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Bistable expression of relevant genes for Pseudomonas syringae virulence

Backgrounds Heterogeneity or phenotypic variation has been known to take place in microbial clonal populations for decades. Under certain regulatory circuits, heterogeneity in gene expression can be enhanced leading to a bimodal expression profile in homogeneous environments. This process is known as bistability. The relevance of these processes has been demonstrated in Salmonella enterica and other human pathogen in the establishment of antibiotic persistence, and it has been shown to affect virulence genes, and to be linked to the establishment of chronic persistence. Nevertheless, little is known about the occurrence or impact of these processes in the adaptation of bacteria to non-animal host. Objectives To address the question of whether there is phenotypic heterogeneity in the expression of genes relevant for adaptation to a non-animal host of the model plant pathogen Pseudomonas syringae. Methods Transcriptional chromosome-located fusion to reporter genes encoding fluorescent protein were constructed in P. syringae pv. phaseolicola. Genes selected were several encoding different elements of a type III secretion system (T3SS) and flagellin, since motility has been reported as counter-regulated with the T3SS, Expression from these genes was analyzed using single-cell analysis methods, such as flow cytometry and fluorescent microscopy. Conclusions We recently showed expression of T3SS genes is phenotypically heterogeneous in planta and becomes bistable under certain laboratory conditions through the action of a double regulatory loop on the transcriptional activator HrpL. We present here single cell analyses of the gene encoding flagellin, as well as its responses to different regulatory proteins.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tec

Heterogeneidad de la expresión del T3SS y del flagelo en Pseudomonas syringae

La heterogeneidad o variación fenotípica en bacterias es un fenómeno descrito en poblaciones clonales desde hace décadas. Puede estar determinada por mecanismos epigenéticos, y dar lugar a linajes bacterianos con perfiles de expresión génica diferentes. Bajo el control de ciertos circuitos regulatorios, la heterogeneidad en la expresión génica puede dar lugar a un perfil de expresión bimodal en ambientes homogéneos, proceso conocido como biestabilidad. La relevancia de este proceso se ha demostrado en Salmonella entérica y en otros patógenos humanos durante el establecimiento de la resistencia a antibióticos, y se ha observado la implicación de este proceso en la expresión de genes de virulencia. Pseudomonas syringae es una bacteria fitopatógena cuya virulencia depende del Sistema de Secreción Tipo III (T3SS). Nuestro equipo ha descrito que genes de diferentes elementos del T3SS en P. syringae pv. phaseolicola muestran biestabilidad en condiciones de inducción en el laboratorio. Además, las subpoblaciones bacterianas separadas según niveles de expresión muestran diferencias en virulencia, y dicha expresión es marcadamente heterogénea durante la colonización de los tejidos de la planta. Por otro lado, el flagelo es otro elemento importante tanto en el estilo de vida de P. syringae como en su interacción con el huésped, donde dispara inmunidad basal. Hemos observado que fliC el gen que codifica para la flagelina presenta expresión heterogénea, en este caso tanto en cultivos de laboratorio, como durante la proliferación en los espacios intercelulares de la hoja huésped. Dado que resultados previos de nuestro y otros laboratorios indican la existencia de un cierto grado de contra-regulación entre el flagelo y el T3SS, se pretende profundizar en la relación entre la motilidad flagelar y la regulación de la expresión génica del T3SS, así como en el impacto potencial que la expresión biestable del T3SS puede tener sobre la motilidad

Caracterización de la hipotética proteína de defensa codificada por el gen At5G38850 en Arabidopsis thaliana

La defensa PTI (Pattern triggered immunity) en plantas evita la infección por parte de un gran número de patógenos. P. syringae suprime la PTI mediante proteínas (efectores) introducidas en el interior de la célula vegetal por un sistema de secreción tipo III. La ETI (Effector triggered immunity), detecta la actividad de los efectores, mediante receptores intracelulares denominados proteínas “R”. En plantas, los pequeños RNAs participan en regulación de la expresión mediante silenciamiento génico. Existen dos tipos de pequeños RNAs en silenciamiento génico: pequeños RNAs interferentes (siRNAs) y microRNAs (miRNAs). Los miRNAs son RNAs no codificantes de cadena sencilla que reducir la expresión de transcritos mediante la unión al complejo RISC (RNA-induced silencing complex) por un mecanismo dependiente de secuencia. Este mecanismo regula las respuestas de defensa frente a muchos patógenos. Nosotros trabajamos con miR825* de A. thaliana que presenta como dianas genes “R” aún por caracterizar. MiR825* regula la expresión de estos genes R y desencadena la generación de pequeños RNAs en fase (phasiRNAs) a partir de una de estas dianas. La activación de PTI determina una bajada en los niveles de miRNA825* , activándo así la expresión de estos genes R. Plantas con niveles alterados de miRNA825* muestran una PTI alterada. Hemos seleccionado una de las dianas reguladas por este miRNA, el gen AT5G38850, y hemos mostrado mediante fusiones a GFP y. microscopia confocal, que se localiza tanto en el núcleo como en el citoplasma. También hemos caracterizado el patrón de expresión del gen y del miRNA, demostrando que este último regula los niveles del primero en diferentes tejidos. La expresión inducible de la proteína en los fondos Col-0 (silvestre) y DCL234 (mutante afectado en la biogénesis de siRNAs) lleva a su acumulación solo en el fondo mutante , sugierendo un mecanismo de autorregulación mediado por phasiRNAs.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Expresión heterogénea de genes relevantes para la virulencia de Pseudomonas syringae

La heterogeneidad o variación fenotípica ha sido descrita en poblaciones clonales microbianas desde hace décadas. Bajo el control de ciertos circuitos regulatorios, la heterogeneidad en la expresión génica puede dar lugar a un perfil de expresión bimodal en ambientes homogéneos, proceso conocido como biestabilidad. La relevancia de este proceso se ha demostrado en Salmonella entérica y en otros patógenos humanos durante el establecimiento de la resistencia a antibióticos, y se ha observado la implicación de este proceso en la expresión de genes de virulencia. Pseudomonas syringae es una bacteria fitopatógena de gran importancia económica que requiere del Sistema de Secreción Tipo III (T3SS) para suprimir las respuestas de defensa de la planta. Nuestro equipo ha descrito que genes de diferentes elementos del T3SS muestran biestabilidad en su expresión en condiciones de inducción en el laboratorio, asociada a diferencias fenotípicas en virulencia, y que dicha expresión es marcadamente heterogénea durante la colonización de la planta. Por otro lado, el flagelo es otro elemento importante tanto en el estilo de vida de P. syringae como en su interacción con el huésped, donde dispara inmunidad basal, que asimismo presenta expresión heterogénea, tanto en cultivos, como durante la proliferación en los espacios intercelulares de la hoja huésped. Dado que resultados previos de nuestro y otros laboratorios indican la existencia de un cierto grado de contra-regulación entre el flagelo y el T3SS, este trabajo pretende profundizar en la relación entre la motilidad flagelar y la regulación de la expresión génica del T3SS, así como en el impacto potencial que la expresión biestable del T3SS puede tener sobre la motilidad a nivel de una sola célula.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Flebotomos de las Islas Canarias (España)

La ausencla de datos acerca de la fauna de Phlebotominae en el archiplelago Canario, nos ha llevado B realizar iiltimnmente varlos muestreos en las lslas de Oran Canaria y Tenerlfe. Para los mencionados muestreos se emple6 siempre la técnica del papel adhesivo. En Oran Canaria. de un total de €dete estaciones, s610 hubo capturas en una de ellas En Tenerife se recolectaron ejemplares en un total de slete estaciones pero el numero de capturas fue muy bajo. Los caracteres de los ejemplares machos y hembras capturados son : Macho: Pompa genltal en el tercer Segmento abdominal. Filamentos genitales muy largos, que sobrepasan las valvas del pene. Estas son troncoc6nicas con prolongaci6n basa1 muy desarrollada de aspecto semilunar. El estilo (con cinco esplnasi, coxito y l6bulo lateral no presentan particularidad notable. Hembra: Faringe con tres zonas definidas: la posterior, más ancha que las dos anteriores, ocupa un tercio de esta estructura Espermateca tubullforme con paredes lisas y conductos espermáticos extremadamente largos; el cuerpo. ligeramente más ancho que los conductos, se continua en un cuello cuyo diámetro es similar al de la cabeza, la cual esta rodeada de una corona de pelos. Este conjunto de caracteres confieren a los eiemplares procedentes de las islas Canarias peculiaridades propia

Molecular characterization of MicroRNA-silenced TNL-1 (MIST1) and its role in plant defense

miRNAs are sequence-dependent negative regulators of gene expression involved in many relevant plant processes, including immunity. Activation of defence genes can negatively impact plant fitness, and thus needs to be fine-tuned. miRNA-mediated regulation of gene expression is mediated by the activity of DCL proteins that induce cleavage of target transcripts. We have described miR825-5p as involved in the regulation of immunity. This miRNA specifically targets R genes of the TNL family. We have characterized the regulatory system formed by miRNA825-5p and its main target MIST1. This miRNA only triggers the RDR6-DCL4-dependent production of phasiRNAs from MIST1. MIST1 is the NLR gene from which the most phasiRNAs are produced in Arabidopsis. We reported that pri-miR825 is down-regulated after PAMP-perception and demonstrated that plants with altered levels of miR825-5p exhibit altered PTI-associated phenotypes. In addition, MIST1 has been described to be regulated by other mechanisms like nonsense mediated decay or polyubiquitination. We have characterized the expression pattern of both MIR825 and MIST1 and are currently studying the putative molecular role of MIST1 in defence apart from its demonstrated role as a miRNA825-5p-linked regulatory hub for TNLs regulation in Arabidopsis thaliana.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tec