Cosa manca alla pianta per essere resistente: analisi dei geni espressi durante l infezione. Studio dell interazione kiwi-psa

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1 Cosa manca alla pianta per essere resistente: analisi dei geni espressi durante l infezione Studio dell interazione kiwi-psa Dr Gianni Tacconi (CRA-GPG) Centro di Ricerche per la Genomica e la Postgenomica Animale e Vegetale

2 Agente eziologico: Pseudomonas syringae pv. actinidiae ceppo virulento (Psa-V) Sintomi tipici della batteriosi dell actinidia

3 Malattie batteriche simili a Psa Il batterio è flagellato e si muove in un velo d acqua Può entrare dagli stomi e colonizzare i tessuti Comparsa di tacche necrotiche con alone Migra nello xilema e provoca intasamenti Il batterio entra da aperture naturali e ferite Colonizza gli spazi intercellulari Invade i vasi xilematici Diventa sistemico Evade dai tessuti sottoforma di esudato Xiu-Fang Xin and Sheng Yang He (2013) Plants. Annu. Rev. Phytopathol. 51: Robert B. Abramovitch, Jeffrey C. Anderson & Gregory B. Martin (2006). Nature Reviews Molecular Cell Biology 7,

4 Migrazione sistemica nella pianta CRA-Fru (Scortichini et al.)

5 Alla comparsa dei sintomi (essudato bianco) a fine inverno sono stati prelevati campioni di tralci e fusto in diversi punti della pianta D C E F B A movimento basipeto del batterio a partire dai tralci apicali verso il fusto in circa giorni (in quelle condizioni climatiche) L analisi PCR è stata effettuata, secondo il protocollo Rees-George (Rees-George, et al. 2010, modificato) su porzioni di tralcio o fusto in tutta la sezione (corteccia e legno) o di foglia. Successivamente durante la stagione vegetativa sono state prelevate foglie in punti basali ed apicali dei germogli.

6 Cosa manca alla pianta per essere resistente? Studio della resistenza indotta Arrivo del patogeno La pianta riconosce il patogeno Viene attivata una difesa localizzata (risposta ipersensibile HR) Viene attivata una difesa sistemica (resistenza sistemica acquisita SAR) La pianta diventa resistente a diversi patogeni

7 Induzione della resistenza sistemica SAR Trattamento con ASM (acibenzolar-s-methyl) Infezione con Psa-V:GFP dopo 15 gg dal trattamento con acqua (sinistra) e con ASM (Bion 50WG) (destra). Nella pianta non trattata dopo 2 settimane sono evidenti i sintomi fogliari e la colonizzazione dei vasi

8 Allestimento dell esperimento di analisi trascrittomica per lo studio dei geni espressi nell interazione pianta-patogeno Sequenziamento del trascrittoma (ILLUMINA) di piante sane vs piante SAR indotte (ASM) sane ed infettate Ac water Ac ASM buffer Psa-V Prelievi a 3 ore 24 ore 48 ore Prelievi a 3 ore 24 ore 48 ore Experimental protocol: 2 thesis x 3 time-points = 6 x (3+3) rep=36 pots x 2 tratt. = 72 pots x 5 plants/pots=360 plants

9 Studio dell interazione pianta-patogeno in condizioni controllate ed effetto del ASM (acibenzolar-s-methyl) Infezione in ambiente controllato su una accessione di Actinidia chinensis (Ac) Controllo non trattato Suscettibile Trattamento Acqua Trattamento ASM Trattamento ASM Infezione Psa-V Resistente* Prelievi a 3 ore 24 ore 48 ore

10 Analisi trascrittomica: esperimento di sequenziamento di tutti i geni espressi nella interazione pianta-patogeno Ac water Time-points h Analisi RNAseq Illumina GAIIx Ac water Psa-V Ac ASM Ac ASM Psa-V Estrazione mrna Costruzione di 30 librerie Oltre 200 milioni di sequenze generate Transcriptome analysis Ricostruzione di tutti i geni espressi dalla pianta

11 Analisi dei geni espressi Confronto dei geni espressi in diverse condizioni per capire quali danno la resistenza PsaV buffer Ac water Ac ASM Geni differentemente espressi (DEG)

12 Come rispondono le piante: geni accesi e spenti in seguito all infezione Infezione su piante non trattate ASM Infezione su piante trattate ASM Geni delle piante resistenti : tra questi vi sono i geni che danno la resistenza Geni in comune: entrambe le piante li modulano Possiamo sapere chi sono e cosa fanno

13 Esempio di geni noti coinvolti nella risposta a livello cellulare Il caso di da Pseudomonas syringae pv tomato: la cellula accende diversi geni e contrasta l infezione Xiu-Fang Xin and Sheng Yang He (2013) Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000: A Model Pathogen for Probing Disease Susceptibility and Hormone Signaling in Plants. Annu. Rev. Phytopathol. 51:

14 Esempio di geni noti coinvolti nella risposta a livello sistemico (SAR) Vengono attivati anche molti geni che attivano le difese in tutta la pianta anche in punti lontani dall infezione La pianta diventa immune da ulteriori infezioni. Si ha resistenza ad ampio spettro D Maris Amick Dempsey and Daniel F. Klessig. (2012). SOS too many signals for systemic acquired resistance? Trends in Plant Science, September 2012, Vol. 17, No. 9 pp

15 Studio dei geni differenzialmente espressi Geni necessari per la resistenza Studio interazione pianta-psa Miglioramento genetico e Marcatori molecolari Rimedi fitoiatrici e Induttori di resistenza Sviluppo di sistemi di resistenza Studio dei geni chiave in diverse condizioni di crescita e cultivar

16 Grazie per l attenzione CRA-GPG Vania Michelotti Gianni Tacconi Antonella Lamontanara Luigi Orrù Luigi Cattivelli Collaborazioni UniBo Francesco Spinelli Irene Donati Giampaolo Buriani Antonio Cellini Guglielmo Costa Plant & Food Research Joel Vanneste Gianni Tacconi CRA-GPG Genomics Research Centre Via S. Protaso, 302, CAP I Fiorenzuola d Arda,Piacenza, Italy

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