Contribución al estudio de algunos componentes bioquímicos y moleculares de la resistencia del clavel (Dianthus caryophyllus L) al patógeno Fusarium oxysporum f. sp. dianthi

Abstract

En esta investigación se abordó el estudio de algunos fenómenos bioquímicos y moleculares que demostraron tener participación en las características de resistencia, tanto pasiva como activa, de variedades de clavel (Dianthus caryophyllus L.) al patógeno Fusarium oxysporum f. sp. dianthi, causante del marchitamiento vascular, la enfermedad más limitante en este cultivo. Los hallazgos obtenidos, después de realizar diversos estudios comparativos referentes a metabolitos secundarios fenólicos, a las actividades de enzimas que participan en su biosíntesis, así como de sus niveles de mRNA cuantificados por PCR en tiempo real, permitieron establecer que la biosíntesis de flavonoides es un proceso bioquímico que está correlacionado positivamente con la resistencia del clavel. Aumentos observados en los niveles de H2O2, molécula señal de particular importancia en defensa vegetal, se asociaron con la activación de la transcripción de genes de chalcona sintasa, chalcona isomerasa y de una peroxidasa de clase III, indicando un papel importante de estas enzimas y de esta especie reactiva en este modelo. Adicional a esta dinámica encontrada en procesos del metabolismo secundario, se plantea la participación de diversas proteínas involucradas en diversos procesos celulares, las cuales, a través de la evaluación proteómica realizada, mostraron incrementos en la variedad resistente como es el caso de las que intervienen en metabolismo de carbohidratos, mantenimiento estructural de proteínas, biosíntesis de etileno y traducción de mRNA para la síntesis de proteínas. Se destaca además a nivel constitutivo, la presencia de una candidata a proteína de resistencia que presenta un dominio NBARC, altamente conservado en proteínas de este tipo. La elucidación de estos fenómenos en esta interacción planta-patógeno permitió comprobar la hipótesis de una regulación compleja espaciotemporal de las respuestas de defensa y da fundamento para la postulación de los niveles de flavonoides y enzimas como la chalcona sintasa y chalcona isomerasa, como probables marcadores de resistencia en esta especie de particular importancia económica para Colombia.

Abstract: This research was conducted to study some biochemical and molecular involved in the resistance characteristics, both passive and active, of carnation (Dianthus caryophyllus L.) cultivars to the pathogen Fusarium oxysporum f. sp. dianthi, causal agent of vascular wilting, the most limiting disease in this crop. The findings obtained after performing various comparative studies concerning secondary metabolites, particulary phenolics, the activities of enzymes involved in their biosynthesis, as well as mRNA levels quantified by real-time PCR, it was established that the biosynthesis of flavonoids is a biochemical process positively correlated with the pathogen resistance of carnation. An increase in the levels of H2O2, particularly important signaling molecule in plant defense, is associated with activation of gene transcription of chalcone synthase, chalcone isomerase and a class III peroxidase, indicating an important role of these enzymes and this reactive species in this model. Additional to this dynamic processes found in secondary metabolism, it is proposed the participation of several proteins involved in various cellular processes, which, through proteomics evaluation performed, showed increases in the resistant cultivar, as those involved in carbohydrate metabolism, protein structural maintenance, ethylene biosynthesis and translation of mRNA to protein synthesis. It is established at constitutive level, the presence of a candidate resistance protein with a NB-ARC domain, highly conserved in this kind of proteins. The elucidation of these phenomena in this plant-pathogen interaction, allowed proving the hypothesis of a complex spatio-temporal regulation of defense responses and allows us to postulate that levels of flavonoids and enzymes such as chalcone synthase and chalcone isomerase, could be probable resistance markers in this particular specie of economic significance for Colombia.