Abstract:

Under conditions that involve a high risk of competition for light among neighbouring plants, shade-intolerant species often display increased shoot elongation and greater susceptibility to pathogens and herbivores. The functional links between morphological and defence responses to crowding are not well understood. In Arabidopsis, the protein JAZ10 is thought to play a key role connecting the inactivation of the photoreceptor phytochrome B (phyB), which takes place under competition for light, with the repression of jasmonate-mediated plant defences. Here, we show that a null mutation of the JAZ10 gene in Arabidopsis did not affect plant growth nor did it suppress the shade-avoidance responses elicited by phyB inactivation. However, the jaz10 mutation restored many of the defence traits that are missing in the phyB mutant, including the ability to express robust responses to jasmonate and to accumulate indolic glucosinolates. Furthermore, the jaz10phyB double mutant showed a significantly increased resistance to the pathogenic fungus Botrytis cinerea compared with the phyB parental line. Our results demonstrate that, by inactivating JAZ10, it is possible to partially uncouple shade avoidance from defence suppression in Arabidopsis. These findings may provide clues to improve plant resistance to pathogens in crops that are planted at high density.

Author affiliation: Cerrudo, Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; Argentina

Author affiliation: Caliri Ortiz, María Emilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; Argentina

Author affiliation: Keller, Mercedes Magdalena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina

Author affiliation: Degano, M. Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina

Author affiliation: Demkura, Patricia Vérónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina

Author affiliation: Ballare, Carlos Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; Argentina

Abstract:

La radiación UV-B es un componente importante de la luz solar y tiene efetos netos sobre el desarrollo de las plantas. En condiciones naturales se observa frecuentemente que las plantas expuestas a la radiación UV-B son menos atacadas por insectos herbívoros. Estudios previos indicaron que este fenómeno se encontraba relacionado a cambios en la calidad de los tejidos vegetales producido por la radiación UV-B. Se ha sugerido que podría existir una convergencia entre las cascadas de señalización inducidas por el UV-B y por la herbivoría ya que algunos de los compuestos inducidos por el UV-B también son producidas en respuesta al ataque de insectos. En base a esto, en el presente trabajo de tesis se estudió el rol de la vía de señalización de jasmonatos y el papel del fotoreceptor de UV-B, UVR8, sobre el incremento de la resistencia a insectos y patógenos necrótrofos producidos porla exposición de las plantas a la radiación UV-B. A partir de experimentos realizados con las plantas modelo Nicotiana attenuata y Arabidopsis thaliana, se evaluó la producción de diversos componentes de la respuesta de defensa y la resistencia de insectos y patógenos mediante bioensayos. Como resultado, se encontró que parte del efecto de la radiación UV-B incrementando las defensas implica a la vía de los jasmonatos y que la radiación UV-B incrementa la sensibilidad de los tejidos a estas hormonas. En otros casos, el UV-B incrementa la resistencia a agresores bióticos por mecanismos independientes de los jasmonatos, pero que son dependientes del fotorreceptor UVR8. El trabajo presentado en esta tesis constituye la primera evidencia directa del rol de los jasmonatos en el incremento de las defensas producido por la radiación UV-B y es además el primer trabajo donde se evalúa el rol del fotorreceptor UVR8 sobre la producción de defensas

Abstract:

Ultraviolet B (UV-B) radiation, a very small fraction of the daylight spectrum, elicits changes in plant secondary metabolism that have large effects on plant-insect interactions. The signal transduction pathways that mediate these specific effects of solar UV-B are not known. We examined the role of jasmonate signaling by measuring responses to UV-B in wild-type and transgenic jasmonate-deficient Nicotiana attenuata plants in which a lipoxygenase gene (NaLOX3) was silenced (as-lox). In wild-type plants, UV-B failed to elicit the accumulation of jasmonic acid (JA) or the bioactive JA-isoleucine conjugate but amplified the response of jasmonate-inducible genes, such as trypsin proteinase inhibitor (TPI), to wounding and methyl jasmonate, and increased the accumulation of several phenylpropanoid derivatives. Some of these phenolic responses (accumulation of caffeoyl-polyamine conjugates) were completely lacking in as-lox plants, whereas others (accumulation of rutin and chlorogenic acid) were similar in both genotypes. In open field conditions, as-lox plants received more insect damage than wild-type plants, as expected, but the dramatic increase in resistance to herbivory elicited by UV-B exposure, which was highly significant in wild-type plants, did not occur in as-lox plants. We conclude that solar UV-B (1) uses jasmonate-dependent and -independent pathways in the elicitation of phenolic compounds, and (2) increases sensitivity to jasmonates, leading to enhanced expression of wound-response genes (TPI). The lack of UV-B-induced antiherbivore protection in as-lox plants suggests that jasmonate signaling plays a central role in the mechanisms by which solar UV-B increases resistance to insect herbivores in the field. © 2009 American Society of Plant Biologists.

Author affiliation: Demkura, Patricia Vérónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina

Author affiliation: Abdala, Guillermina Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales; Argentina

Author affiliation: Baldwin, Ian T.. Max-Planck-Institute for Chemical Ecology; Alemania

Author affiliation: Ballare, Carlos Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina

Abstract:

Shade-intolerant plants respond to low red : far-red (R : FR) ratios, which signal the proximity of potential competitors, by down-regulating immune responses. Here we investigated the mechanisms underlying this immune suppression in Arabidopsis. We used genetic, transcriptomic and metabolomic approaches to examine the functional connections between R : FR ratio and Arabidopsis resistance to the fungus Botrytis cinerea. Low R : FR ratios reduced the concentration of indol-3-ylmethyl glucosinolate (I3M) (an indolic glucosinolate, iGS) and camalexin in plants inoculated with B. cinerea, and attenuated the I3M response triggered by jasmonate elicitation. These effects on metabolite abundance correlated with reduced expression of iGS and camalexin biosynthetic genes. Furthermore, the effect of low R : FR increasing Arabidopsis susceptibility to B. cinerea was not present in mutants deficient in the biosynthesis of camalexin (pad3) or metabolism of iGS (pen2). Finally, in a mutant deficient in the JASMONATE ZIM DOMAIN-10 (JAZ10) protein, which does not respond to low R : FR with increased susceptibility to B. cinerea, supplemental FR failed to down-regulate iGS production. These results indicate that suppression of Arabidopsis immunity against B. cinerea by low R : FR ratios is mediated by reduced levels of Trp-derived defenses, and provide further evidence for a functional role of JAZ10 in the link between phytochrome and jasmonate signaling.

Author affiliation: Cargnel, Miriam D.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina

Author affiliation: Demkura, Patricia Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina

Author affiliation: Ballare, Carlos Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas - Instituto Tecnológico Chascomús. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (sede Chascomús); Argentina

Abstract:

Postharvest UV exposure has been useful to i) delay senescence and ii) induce the accumulation of bioactive compounds in some vegetable species. However, no studies have been conducted to determine the treatment conditions (radiation dose and intensity) required to maximize these two diverse responses. In this work, we evaluated the effect of UV-B irradiation intensity (Control: 0, Low: 3.2, Medium: 4.0 and High: 5.0 W/m2) and dose (0, 2, 4, 8, 12 kJ/m2) on quality retention and antioxidant capacity of fresh broccoli florets during storage (4 °C for 17 days). Exposure to Low UV-B radiation and dose (2, 4 kJ/m2) reduced broccoli weight loss, delayed yellowing and improved chlorophyll and chlorophyllide retention. After long term storage, no marked improvement on the antioxidant capacity was found regardless of the irradiation condition. Evaluations at short time after UV-B exposure (0, 2, 6, 18 h) indicated that the treatments elicited antioxidant accumulation. Greatest antioxidant capacity was found in broccoli subjected to High intensity UV-B. Increased levels of aliphatic glucosinolates were found 18 h after the UV-B irradiation, whereas phenolic antioxidants peaked 6 h after the treatment. Results showed that Low UV-B doses and intensities delayed chlorophyll degradation and may be useful to complement refrigeration in fresh broccoli. Instead, High intensity UV-B exposure may be better suited as a pre-treatment to increase the antioxidant capacity prior to further processing such us freezing.

Author affiliation: Darré, Magalí. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina

Author affiliation: Valerga, Lucia. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina

Author affiliation: Ortiz Araque, Leidy Carolina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales; Argentina

Author affiliation: Lemoine, María Laura. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales; Argentina

Author affiliation: Demkura, Patricia Vérónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina

Author affiliation: Vicente, Ariel Roberto. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina

Author affiliation: Concellón, Analía. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina

Abstract:

Light is emerging as a central regulator of plant immune responses against herbivores and pathogens. Solar UV-B radiation plays an important role as a positive modulator of plant defense. However, since UV-B photons can interact with a wide spectrum of molecular targets in plant tissues, the mechanisms that mediate their effects on plant defense have remained elusive. Here, we show that ecologically meaningful doses of UV-B radiation increase Arabidopsis resistance to the necrotrophic fungus Botrytis cinerea and that this effect is mediated by the photoreceptor UVR8. The UV-B effect on plant resistance was conserved in mutants impaired in jasmonate (JA) signaling (jar1-1 and P35S:JAZ10.4) or metabolism of tryptophan-derived defense compounds (pen2-1, pad3-1, pen2 pad3), suggesting that neither regulation of the JA pathway nor changes in levels of indolic glucosinolates (iGS) or camalexin are involved in this response. UV-B radiation, acting through UVR8, increased the levels of flavonoids and sinapates in leaf tissue. The UV-B effect on pathogen resistance was still detectable in tt4-1, a mutant deficient in chalcone synthase and therefore impaired in the synthesis of flavonoids, but was absent in fah1-7, a mutant deficient in ferulic acid 5-hydroxylase, which is essential for sinapate biosynthesis. Collectively, these results indicate that UVR8 plays an important role in mediating the effects of UV-B radiation on pathogen resistance by controlling the expression of the sinapate biosynthetic pathway.

Author affiliation: Demkura, Patricia Vérónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina

Author affiliation: Ballare, Carlos Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentina