Señalización y respuesta a estrés en yerba mate: estado actual y perspectivas futuras

AVICO EDGARDO ; COLLAVINO MONICA; SANSBERRO PEDRO ALFONSO; ORTIZ NICOLAS LEANDRO; ESPASANDIN FABIANA DANIELA; GALDEANO ERNESTINA; ACEVEDO RAUL MAXIMILIANO; ALVAREZ MAYRA YANET; RUIZ OSCAR

Corrientes

Congreso; 5to Congreso Argentino de Fitopatología; 2021

Asociacion Argentina de Fitopatologos

El hábitat natural de la yerba mate consiste en selvas subtropicales con baja luminosidad y alta humedad relativa. En situación de cultivo ésta es sometida a condiciones de mayor radiación lumínica y mayor demanda de agua asociada a un aumento de evapotranspiración a la vez que el monocultivo genera una mayor predisposición a la aparición y propagación de enfermedades. Asimismo, la variabilidad e intensidad de los fenómenos meteorológicos que se suscitan como efecto del cambio climático determinan situaciones de estrés que las plantas manifiestan a través de la aparición de síntomas causantes de menor rendimiento.Los trabajos realizados en los últimos años nos aportaron evidencias moleculares, bioquímicas y fisiológicas que brindan una aproximación en el entendimiento de los procesos involucrados en la tolerancia de cultivares de yerba mate a sequía. En este sentido, observamos que los genotipos que presentan cierta tolerancia a la deshidratación muestran un comportamiento isohídrico y tienden a cerrar sus estomas para evitar pérdidas de agua por transpiración aun cuando el contenido hídrico de la planta es relativamente elevado. El inicio del ajuste osmótico requiere una reducción del contenido relativo de agua de sus hojas de al menos 78%; siendo máximo cuando éste disminuye a 62%. En condiciones severas de déficit hídrico (Ψsuelo= -2 MPa), la conservación del aparato fotosintético es particularmente notable reestableciéndose la asimilación de CO2 luego de la rehidratación. Para hacer frente a los desequilibrios energéticos que en tales condiciones se suscitan en el metabolismo fotosintético y prevenir la formación de especies reactivas de oxígeno, la yerba mate emplea una serie de estrategias que hemos dilucidados a través de estudios anatómicos, transcriptómicos y metabolómicos. No obstante, en concordancia con la ralentización de la actividad fotosintética, los patrones de expresión génica sugieren un deterioro de la biosíntesis de almidón y sacarosa y una mejora de azúcares solubles derivados de almidón en las hojas. Consecuentemente, hemos observado que la sequía indujo la expresión diferencial de genes responsables de la biosíntesis de oligosacáridos pertenecientes a la familia de la rafinosa que podrían estinvolucradas en la protección osmótica de las células, correlacionándose el incremento de la expresión génica con el contenido de tales carbohidratos. Por otra parte, hemos detectado que, si bien, los niveles endógenos de nitratos y proteínas no varían, el contenido de aminoácidos libres incrementa en respuesta a deshidratación. El análisis transcripcional de las enzimas involucradas en la biosíntesis de aminoácidos reveló que la síntesis de novo constituye la principal fuente de variación inducida por el estrés. Asimismo, el análisis fisiológico de la planta y los cambios transcriptómicos y metabolómicos de sus hojas inducidos por sequía demuestran que ABA está involucrado en el mecanismo de respuesta a la situación adversa. Nuestros primeros estudios demostraron que ABA se acumula rápidamente en hojas expuestas a sequía disminuyendo transpiración por cierre estomático. Recientemente, hemos informado que la transcripción de varios genes relacionados con biosíntesis, señalización y respuestas funcionales es promovida en hojas estresadas. Asimismo, las modificaciones que ocurren en el ámbito de las hojas son a su vez correspondidas con cambios morfo-fisiológicos, moleculares y bioquímicos que suceden en el ámbito de sus raíces con el propósito de preservar el continuo suelo-planta-atmósfera y promover el crecimiento del sistema radical para una mayor captación de los recursos.Sin embargo, datos preliminares obtenidos recientemente reflejan el hecho de que plantas de un cultivar de yerba mate que se comporta como tolerante a estrés hídrico, al disminuir el contenido de agua en sus tejidos, además de activar el mecanismo de señalización y respuesta a la deshidratación, despliega el mecanismo de defensa a patógenos mediado por ácido salicílico. En este contexto, observamos la sobreexpresión del gen ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1 (EDS1), el cual junto a PHYTOALEXIN-DEFICIENT4 (PAD4), es considerado un regulador esencial de la resistencia basal a patógenos invasivos hemibiotróficos y biotróficos obligados; identificándose además varias proteínas kinasas y numerosas familias de factores de transcripción asociados con respuesta a estrés abiótico, biótico y combinado. Considerando nuestros estudios previos que confirman la asociación de la yerba mate con microorganismos endófitos, podríamos suponer que la activación del proceso de señalización y defensa a estrés biótico podría estar relacionado con una reestructuración del microbioma inducido por el déficit hídrico. La modificación del microbioma podría tener un efecto positivo de priming en la respuesta de la planta a la deshidratación o bien, podría tener un efecto negativo generando un estrés secundario al constituir una ventaja para los microorganismos oportunistas que entonces se convertirían en una amenaza potencial para la planta. Basado en esta premisa, nuevos experimentos se ejecutan con el propósito de evaluar las respuestas moleculares de plantas de yerba mate sometidas a estrés abiótico (sequía), biótico (infección con patógenos), y combinado (biótico + abiótico), en condiciones de invernáculo; fenotipar las plantas en respuestas a la situación adversa, y analizar los eventuales cambios que se susciten en la diversidad y composición de la comunidad endofítica que se susciten por efectos del estrés.Se presentarán los resultados parciales obtenidos hasta el momento y se discutirán los mecanismos de señalización involucrados.