ROS signaling, phytohormone signaling and toxin tolerance : defense mechanisms in Arabidopsis thaliana against Botrytis cinerea

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0402-1
Title: ROS signaling, phytohormone signaling and toxin tolerance : defense mechanisms in Arabidopsis thaliana against Botrytis cinerea
Author: Cui, Fuqiang
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences
Publisher: Hansaprint
Date: 2014-12-16
Language: en
Belongs to series: 10/2014 - URN:ISSN:2342-5423
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0402-1
http://hdl.handle.net/10138/144163
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: To face the constant challenges from numerous pathogens in the environment, sophisticated defense systems have evolved in plants. Reactive oxygen species (ROS) and phytohormones are important cellular compounds that regulate plant defense systems to overcome biotic stresses from different pathogens. Against biotrophic pathogens, which require living host cells, hypersensitive cell death response (HR), a type of programed cell death mediated by ROS and salicylic acid (SA), is effective for immunity. However, to necrotrophic pathogens, which take host cell death as a hallmark of a successful colonization, the roles of ROS and phytohormones in the manipulation of cell death during plant defense are more complex. In this work, we utilized the model necrotrophic pathogen Botrytis cinerea (Botrytis; grey mold) and the model plant Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), using mutants in reverse genetic screens, especially radical-induced cell death1 (rcd1) and botrytis susceptible1 (bos1), were used to study the functions of ROS and phytohormones in plant-Botrytis interactions. It was found that Botrytis-triggered signaling in Arabidopsis mostly overlapped with the signaling triggered by apoplastic ROS but not intracellular ROS. However, rcd1 and bos1 exhibited opposite symptoms in response to Botrytis and apoplastic ROS. This suggested that the resistance signaling regulated by RCD1 or BOS1 were distinct from a more common signaling programs induced by Botrytis and apoplastic ROS. Further study revealed that RCD1 negatively regulated Botrytis resistance independent of stress-hormones. RCD1 positively regulated Botrytis-toxin sensitivity and brassinosteroid (BR) signaling, which was demonstrated to negatively regulate plant resistance to Botrytis. In the BOS1 study, suppression of abscisic acid (ABA)-elicited cell death and control of cell death spread were identified as pivotal functions of BOS1 in its regulation of host resistance to Botrytis. This work emphasized the negative roles of both BR and ABA in response to Botrytis infection. Considering the established facts that: 1) ABA promoted plant cell death, 2) BR deficiency leads to delayed senescence, and 3) the ROS burst causes damage to both host and Botrytis; this work supports the view that cell death control plays a pivotal role in plant-Botrytis interactions, where defense combined with less cell death confers plants with an advantage in the battle against Botrytis.Kasvit omaavat hienostuneen puolustusjärjestelmän, minkä avulla ne pystyvät vastaamaan taudinaiheuttajien jatkuvaan haasteeseen. Reaktiiviset happimolekyylit (ROS) ja kasvihormonit ovat tärkeitä viestintävälineitä kasvien puolustusjärjestelmän säätelyssä ja ne mahdollistava kasvien selviytymisen eri patogeenialtistuksessa. Biotrofinen patogeeni-infektio johtaa kasvissa salisyylihappo ja ROS välitteiseen hypersensitiivisen vasteen, eli eräänlaiseen ohjelmoituun solukuolemaan. Tämä johtaa infektion leviämisen pysähtymiseen. Nekrotrofisen patogeenin tavoitteena on aiheuttaa kasvisolujen kuolema mikä taas johtaa ROS:n ja kasvihormonien erilaiseen rooliin kasvin puolustuksessa. Tässä työssä käytettiin mallipatogeeninä nekrotrofista Botrytis cinerea (harmaahome) sientä ja Arabidopsis thaliana mallikasvia (lituruohoa) ja sen ROS:n vasteeseen liittyvää mutanttia radical-induced cell death1 (rcd1) ja harmaahomevasteeseen liittyvää mutanttia Botrytis susceptible1 (bos1). Käänteisten geneettisten menetelmien avulla pyrittiin selvittämään ROS:n ja kasvihormonien toimintaa kasvi-harmaahome-vuorovaikutuksessa. Työssä todettiin että harmaahomealtistus johti samankaltaiseen vasteeseen kuin apoplastinen ROS -altistus mutta erosi solun sisäisestä ROS-vasteesta. Rcd1 ja bos1 mutanttien vasteet soluväliseen ROS:n ja harmaahomeeseen erosivat toisistaan. Tämä viittaa siihen että RCD1 tai BOS1:n säätelemä signalointi on eri kuin harmaahomeen ja soluvälisen ROS:n aiheuttama. Lisäksi havaittiin että RCD1 säätelee negatiivisesti harmaahomeen vastustuskykyä ja toimii tässä riippumatta jasmoni- ja salisyyli-happo hormoneista. RCD1 sääteli positiivisesti lituruohon harmaahometoksiiniherkkyyttä ja myös kasvihormoni brassinosteroidi- (BR) signalointia ja näillä vasteilla oli negatiivinen vaikutus lituruohon harmaahomeen vastustuskykykyyn. BOS1 toimii säädellen kasvihormoni abskisiinihappon (ABA) ohjaamaa solukuolemaa ja tämä säätely on avainasemassa lituruoho-harmaahome-vuorovaikutuksessa sekä kasvin onnistuneessa puolustautumissa harmaahometta vastaan. Tutkimuksessa korostui BR ja ABA hormonien negatiiviset vaikutukset harmaahome infektiossa. Kun tiedetään että: 1) ABA hormoni lisää solukuolemia, 2) BR:n puute pitkittää solujen ikää ja myöhästyttää ikääntymistä ja 3) ROS purkaus vahingoittaa sekä isäntäkasvia että harmaahometta voidaan ajatella että solukuolemien säätelyllä on merkittävä rooli kasvi-harmaahome-vuorovaikutuksessa. Puolustus missä solukuolemat on minimoitu antaa kasville edun taistelussa harmaahometta vastaan.
Subject: plant biology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record