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Mecanismos de defensa y de evasión de defensa y virulencia en la interacción de Pseudomonas syringae con su planta huésped

Grupo Especializado:

Javier Ruiz Albert y Carmen R. Beuzón López

Dpto. de Biología Celular, Genética y Fisiología, Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea “La Mayora” – Universidad de Málaga – CSIC (IHSM – UMA – CSIC)

javieruizal@uma.es, cbl@uma.es

Foto de grupo.  De izquierda a derecha, Javier Ruiz-Albert, Diego López-Márquez, Carmen R. Beuzón López, Javier Rueda Blanco, Nieves López Pagán y Ángel del Espino Pérez

 

Historia del grupo

 El grupo comenzó su andadura en el Área de Genética de la Universidad de Málaga (UMA) en 2003, dirigido por Carmen R. Beuzón y Javier Ruiz Albert, formados en la Universidad de Sevilla (US), y procedentes del Imperial College London tras una estancia postdoctoral en un grupo líder en la interacción molecular entre Salmonella enterica y su huésped. Centrado en la contribución a la virulencia del Sistema de Secreción Tipo III (T3SS), su regulación, y sus efectores asociados, este trabajo generó numerosas publicaciones, algunas de ellas de referencia en el campo.

La transición a la UMA, determinó un cambio a una temática análoga centrada en la interacción molecular de la bacteria fitopatógena Pseudomonas syringae con sus huéspedes vegetales, adaptándonos al nuevo entorno, pero aprovechando la experiencia de etapas previas. El grupo desarrolla investigación a nivel molecular, combinando patosistemas modelo planta-bacteria (Arabidopsis) con patosistemas de relevancia agronómica (tomate; judía). El grupo forma parte del núcleo fundador del Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea (IHSM‑UMA‑CSIC). Hemos obtenido financiación ininterrumpida desde 2003 (6 proyectos consecutivos del Plan Nacional, tres proyectos de excelencia y uno FEDER de la Junta de Andalucía, y un contrato con la Fundación Genoma España).

Disfrutamos de numerosas colaboraciones que han dado lugar a publicaciones con investigadores de diversos centros nacionales como el propio IHSM-UMA-CSIC, IBMCP-CSIC, EEZ-CSIC, o la US; y numerosos centros internacionales como INRA-CNRS y LRSV-Université de Toulouse, Francia; FORTH, Grecia; CNR, Italia; SIBS, China; Imperial College London, CRIB-UWE, y WISB-University of Warwick; UK; o CIBIO-InBIO-Universidade do Porto, Portugal. Estas colaboraciones se amplían mediante nuestra participación en redes nacionales (RED‑FLAG) e internacionales (HUPLANT-COST Action 16110 y SUSTAIN-COST Action FA1208).

El grupo constituye un excelente entorno para la formación de personal investigador, contribuyendo a iniciar la carrera investigadora de numerosos alumnos mediante TFGs y TFMs experimentales (>30 defendidos y varios en progreso), y Tésis Doctorales (8 defendidas, 3 con premio extraordinario de doctorado, y cuatro en progreso), incluyendo numerosas estancias externas de investigación y con una considerable producción científica por doctorando. Todos los doctores egresados continúan en activo en investigación básica o aplicada, algunos con destacable éxito.

 

Líneas de investigación

Nuestra investigación se centra en la interacción entre la bacteria patógena P. syringae y la planta, abordando los procesos moleculares relevantes tanto por parte del patógeno como del huésped. Mantenemos una aproximación experimental abierta e interdisciplinar que evoluciona conforme a las necesidades de los proyectos desarrollados, que nos permite abordar preguntas novedosas que abren el campo de investigación. La co-evolución patógeno-huésped ha dado lugar a estrategias de invasión y colonización bacterianas, con sistemas dedicados a la introducción de proteínas de virulencia (T3SS) para evadir y suprimir los correspondientes mecanismos de defensa de la planta. Nuestro trabajo ha incluido la caracterización funcional de efectores y su relación con las defensas de la planta, así como la regulación de la expresión del sistema de virulencia. Entre otros hitos, hemos determinado la contribución a la virulencia del repertorio de T3Es de P. syringae 1448a, una de las principales estirpes modelo (1, 2), mejorando técnicas de generación de mutantes y desarrollando técnicas de análisis genético in planta (competitive index, CIs) (3 y referencias incluidas). Hemos sido los primeros en describir la capacidad de supresión de todos los niveles de defensa de la planta (PTI, ETI, y SAR) por parte de un  efector, HopZ1, analizado las rutas de transducción de señal implicadas en su reconocimiento en plantas resistentes (4), y caracterizado en su patosistema natural la capacidad de supresión de defensas del efector de la misma familia HopZ3 (5).

Hemos descrito mecanismos de regulación positiva y negativa de la expresión de los genes del T3SS en Pph1448a (6, 7), y colaborado en establecer un enlace entre regulación de la expresión y secreción (8). Hemos descrito por vez primera en un fitopatógeno heterogeneidad fenotípica en la expresión del T3SS (9) y del flagelo, que da lugar a linajes bacterianos que difieren en la expresión de estos aspectos clave de la virulencia de P. syringae. También hemos descrito la dinámica, clonalidad e interacciones de poblacionales mixtas in planta (10).

Líneas adicionales en colaboración con otros grupos, en torno a la caracterización de la interferencia entre geminivirus y sumoilación en planta, en colaboración con Eduardo R. Bejarano (IHSM-UMA-CSIC) y Herlander Azevedo (Universidade do Porto) ha dado lugar a cinco artículos, mientras que el desarrollo de herramientas genómicas en olivo y su aplicación a calidad del fruto y aceite, y caracteres de interés agronómico, dentro del consorcio OLEAGEN (Genoma España), ha dado lugar a otros cinco artículos.

 

Perspectivas futuras

En nuestro actual proyecto del Plan Nacional (RTI2018-095069-B-I00) estamos analizando el metiloma de P. syringae en condiciones de laboratorio y en planta y buscando loci candidatos a presentar heterogeneidad fenotípica. Hemos identificado y estamos caracterizando las metilasas de DNA potencialmente asociadas a dicha regulación. Estamos ampliando nuestra caracterización del papel de la heterogeneidad fenotípica en la adaptación de P. syringae a la planta, explorando potenciales aplicaciones biotecnológicas.

Dentro del mismo proyecto, y en colaboración con el grupo de Josep Casadesús (US), analizamos el papel de la heterogeneidad fenotípica durante la colonización de la planta por Salmonella, asociado a más del 25% de los brotes epidémicos de salmonelosis (CDC-USA), por contaminación interna de fruta y verdura fresca destinada al consumo. Esta línea aprovecha la experiencia en Salmonella de los investigadores principales previa a la formación del grupo, combinada con su experiencia en patogénesis en plantas acumulada desde entonces.

Finalmente, en el contexto de un proyecto FEDER y nuestra colaboración con el grupo de Eduardo R. Bejarano (IHSM-UMA-CSIC), estamos caracterizando un mecanismo de regulación en la planta de controla la expresión de genes TIR-NBS-LRR en ausencia de patógenos, limitando su impacto en fitness de la planta, permitiendo su activación en dos oleadas en presencia de patógenos. Este mecanismo de defensa inducible, no ligado a un único gen de avirulencia, tiene gran potencial para el desarrollo de estrategias de resistencia eficaces y robustas.

 

Bibliografía representativa

  1. Zumaquero A, Macho AP, Rufián JS, Beuzón CR (2010) Analysis of the role of the type III effector inventory of Pseudomonas syringae pv. phaseolicola 1448a in interaction with the plant. J Bacteriol.  192(17):4474-88.
  2. Macho AP, Zumaquero A, Gonzalez-Plaza JJ, Ortiz-Martín I, Rufián JS, Beuzón CR (2012) Genetic Analysis of the Individual Contribution to Virulence of the Type III Effector Inventory of Pseudomonas syringae pv. phaseolicola. PLoS ONE 7: e35871.
  3. Macho AP, Rufián JS, Ruiz‑Albert J, Beuzón CR (2016) Competitive Index: Mixed Infection-Based Virulence Assays for Genetic Analysis in Pseudomonas syringae-Plant Interactions. In: Botella J., Botella M. (eds) Plant Signal Transduction. Methods in Molecular Biology, 1363: 209-17, Humana Press, New York, NY
  4. Macho AP, Guevara CM, Tornero P, Ruiz-Albert J, Beuzón CR (2010) The Pseudomonas syringae effector proteín HopZ1a suppresses effector-triggered immunity. New Phytologist. 187:1018-1033.
  5. Rufián JS, Lucía A, Rueda-Blanco J, Zumaquero A, Guevara CM, Ortiz-Martín I, Ruiz-Aldea G, Macho AP, Beuzón CR, Ruiz-Albert J. (2018) Suppression of HopZ Effector-triggered Plant Immunity in a natural pathosystem. Front Plan Sci 14:977.
  6. Ortiz-Martín I, Thwaites R, Mansfield JW, Beuzón CR (2010) Negative Regulation of the Hrp Type III Secretion System in Pseudomonas syringae pv. phaseolicola. Mol Plant–Microbe Interact. 23:682-701.
  7. Ortiz-Martín I, Thwaites R, Macho AP, Mansfield JW, Beuzón CR (2010) Positive Regulation of the Hrp Type III Secretion System in Pseudomonas syringae pv. phaseolicola. Molecular Plant –Microbe Interactions. 23:665-681.
  8. Charova SN, Gazi AD, Mylonas E, Pozidis C, Sabarit B, Anagnostou D, Psatha K, Aivaliotis M, Beuzon CR, Panopoulos NJ, Kokkinidis M.(2018) Migration of Type III Secretion System Transcriptional Regulators Links Gene Expression to Secretion. mBio 31:9 pii: e01096-18.
  9. Rufián JS, Sánchez-Romero M-A, López-Márquez D, Macho AP, Mansfield JW, Arnold DL, Ruiz-Albert J, Casadesús J, Beuzón CR, (2016) Pseudomonas syringae differentiates into phenotypically distinct subpopulations during colonization of a plant host. Environ microbiol.
  10. Rufián JS, Macho AP, Corry DS, Mansfield JW, Ruiz-Albert J, Arnold DL, Beuzón CR, (2018) Confocal microscopy reveals in planta dynamic interactions between pathogenic, avirulent and non-pathogenic Pseudomonas syringae strains. Mol Plant Pathol.
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