Authors: Llorente, Briardo; López, Maria G.; Carrari, Fernando Oscar; Asis, Ramón; Di Paola Naranjo, Romina Daniela; Flawia, Mirtha Maria; Alonso, Guillermo Daniel; Bravo Almonacid, Fernando Felix
Publication Date: 2014.
Language: English.
Abstract:
Land plants synthesize phenolic compounds involved in plant defense against invading pathogens through the phenylpropanoid pathway. Although not considered as part of the phenylpropanoid pathway, plant polyphenol oxidases (PPOs) are enzymes that catalyze cresolase and catecholase reactions on several phenolic compounds. Here, transgenic potato (Solanum tuberosum) tubers with downregulated PPO genes (-PPO) were challenged with the oomycete pathogen Phytophthora infestans to investigate the interactions between PPO, phenylpropanoid metabolism, and disease resistance. We found that pathogen invasiveness was reduced in -PPO lines, while microscopic evidences suggested that the mechanism underlying the defense response involved the participation of phenolic compounds. Detailed metabolite-profiling analyses demonstrated that the concentration of metabolites related to the phenylpropanoid pathway and chlorogenate in particular was largely altered in PPO-downregulated tubers. Silencing of PPO caused a shift in metabolism from phenylpropanoid precursors to downstream phenylpropanoid products. The presented results suggest that downregulation of PPO redirects the phenylpropanoid metabolism leading to the accumulation of defensive phenolic compounds in the plant cells, consequently enhancing resistance to the pathogen. These results emphasize the importance of components acting in parallel to canonical metabolic pathway constituents in influencing plant metabolism and reveal new scenarios for modulating the levels of phenolics in crops.
Author affiliation: Llorente, Briardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular ; Argentina
Author affiliation: López, Maria G.. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria; Argentina
Author affiliation: Carrari, Fernando Oscar. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria; Argentina
Author affiliation: Asis, Ramón. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina
Author affiliation: Di Paola Naranjo, Romina Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina
Author affiliation: Flawia, Mirtha Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular ; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Author affiliation: Alonso, Guillermo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular ; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Author affiliation: Bravo Almonacid, Fernando Felix. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular ; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina
Repository: CONICET Digital (CONICET). Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Authors: Llorente, Briardo; Silva Junqueira de Souza, Flavio; Soto, Gabriela Cynthia; Meyer, Cristian Germán; Alonso, Guillermo Daniel; Flawia, Mirtha Maria; Bravo Almonacid, Fernando Felix; Ayub, Nicolás Daniel; Rodríguez Concepción, Manuel
Publication Date: 2016.
Language: English.
Abstract:
The plastid organelle comprises a high proportion of nucleus-encoded proteins that were acquired from different prokaryotic donors via independent horizontal gene transfers following its primary endosymbiotic origin. What forces drove the targeting of these alien proteins to the plastid remains an unresolved evolutionary question. To better understand this process we screened for suitable candidate proteins to recapitulate their prokaryote-to-eukaryote transition. Here we identify the ancient horizontal transfer of a bacterial polyphenol oxidase (PPO) gene to the nuclear genome of an early land plant ancestor and infer the possible mechanism behind the plastidial localization of the encoded enzyme. Arabidopsis plants expressing PPO versions either lacking or harbouring a plastid-targeting signal allowed examining fitness consequences associated with its subcellular localization. Markedly, a deleterious effect on plant growth was highly correlated with PPO activity only when producing the non-targeted enzyme, suggesting that selection favoured the fixation of plastid-targeted protein versions. Our results reveal a possible evolutionary mechanism of how selection against heterologous genes encoding cytosolic proteins contributed in incrementing plastid proteome complexity from non-endosymbiotic gene sources, a process that may also impact mitochondrial evolution.
Author affiliation: Llorente, Briardo. Centre for Research in Agricultural Genomics; España. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Author affiliation: Silva Junqueira de Souza, Flavio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Author affiliation: Soto, Gabriela Cynthia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Author affiliation: Meyer, Cristian Germán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Author affiliation: Alonso, Guillermo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Author affiliation: Flawia, Mirtha Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Author affiliation: Bravo Almonacid, Fernando Felix. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina
Author affiliation: Ayub, Nicolás Daniel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Author affiliation: Rodríguez Concepción, Manuel. Centre for Research in Agricultural Genomics; España
Repository: CONICET Digital (CONICET). Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas