Caracterização molecular e análise da expressão de membros da família gênica PR-1 em tomateiro

Abstract

As plantas resistem à infecção por patógenos utilizando defesas constitutivas e induzidas. A defesa induzida é ativada pelo reconhecimento pelas plantas de elicitores gerais e proteínas de avirulência do patógeno. Este reconhecimento leva à rápida ativação de respostas de defesa, que incluem a síntese de proteínas relacionadas à patogênese (proteínas PR). São conhecidas 17 famílias de proteínas PR (PR-1 a PR-17) que são expressas em resposta a patógenos e ou a indutores químicos. Os genes que codificam proteínas PR-1 constituem famílias gênicas em diversas espécies vegetais. Com base na análise de seqüências depositadas em bancos de dados foram identificados sete possíveis membros da família gênica PR-1 do tomateiro, os genes: PR-1a P4 (números de acessos: AJ011520 e M69247); P1p14 (Y08804, M69248 e 68738); PR1A1 (X71592); PR1A2 (Y08844); PR1D (AJ001627) depositados no NCBI e as seqüências de dois unigenes depositadas no SGN, o SGN-U213451 e SGN-U220473. Os genes PR-1a P4 e P1p14 e os representados pelos unigenes SGN- U213451 e SGN-U220473 codificam proteínas PR-1 básicas, enquanto os genes PR1A1, PR1A2 e PR1D codificam proteínas ácidas. O gene representado pelo unigene SGN-U213451 parece codificar a proteína P14c que apresenta atividade antimicrobiana e até o momento não está anotada nos bancos de dados. Neste trabalho, foram desenvolvidos ensaios para a detecção da expressão desses genes por PCR em tempo real em resposta à infecção por Alternaria solani e a aplicação de indutores químicos. Apenas para o gene PR1D não foi possível obter oligonucleotídeos adequados para efetuar análises específicas de expressão por PCR em tempo real. A análise da cinética de expressão demonstrou que os genes analisados podem ser diferenciados pelo seu padrão qualitativo e quantitativo de expressão. Os genes PR-1a P4, P1p14, PR1A1 e o SGN-U213451 tiveram maior indução da expressão no terço superior de plantas inoculadas com A. solani; enquanto o gene PR1A2 foi mais induzido no terço inferior destas plantas, onde a severidade da doença é maior. Já o gene representado pelo SGN- U220473 não apresentou indução após a inoculação com A. solani. A expressão dos genes P1p14 e PR1A2 foi induzida pela aplicação de benzotiadiazole (produto comercial Bion) e ácido jasmônico, respectivamente. Menores níveis de expressão dos genes foram detectados nos ensaios com indutores químicos comparativamente à indução biótica indicando que ensaios mais refinados de cinética de indução de genes PR-1 do tomateiro em resposta a indutores químicos são necessários para estabelecer quais sinais moleculares induzem a expressão de cada membro desta família.

The plants resist to the infection caused by pathogens using constitutive and induced defenses. The induced defense is activated by the plants when they recognize general elicitors and effector proteins. This recognition leads to the rapid activation of the defense responses, including the synthesis of Pathogenesis-related proteins - PR proteins. There are 17 known PR-protein families (PR-1 to PR-17) that are expressed in response to pathogens and/or chemical inductors. The genes that codes for PR-1 proteins share a high sequence identity and are used as markers of the systemic acquired resistance (SAR). However the biochemical function of these proteins is still unknown. Antimicrobial activities were reported only for basic PR-1 proteins. PR-1 genes are members of gene families in many plant species. Based on sequence analysis of sequences deposited in public database the following possible PR-1 gene family members from tomato plant were identified: PR-1aP4 (accession numbers AJ011520 and M69247); P1p14 (Y08804, M69248 and 68738); PR1A1 (X71592); PR1A2 (Y08844); PR1D (AJ001627) in the NCBI database and two unigenes sequences from the Solanaceae Genomics Network database, SGN-U213451 and SGN- U220473. The genes PR-1aP4 and P1p14 and the unigenes SGN-U213451 and SGN-U220473 encode basic PR-1 proteins and the genes PR1A1, PR1A2 and PR1D encode acid proteins. The gene represented by the unigene SGN-U213451 seems encode the P14c protein, that has a reported antimicrobial activity and until this moment is not in the databases. In this work were developed essays to detect the expression of PR-1 family members by real-time PCR. The analyzed genes can be distinguished by their quantitative and qualitative expression pattern. PR-1aP4, P1p14, PR1A1 and the SGN-U213451 had a higher level of expression in younger leaves in response to A. solani; while, the gene PR1A2 was more induced in the older leaves of these plants, where severity of the disease is greater. The gene represented by the SGN-U220473 did not show induction by A. solani. The P1p14 and PR1A2 expression was induced by benzothiadiazole (commercial product Bion) and jasmonic acid, respectively. Lower gene expression levels were obtained with chemical induction showing that more refined kinetic induction essays of PR-1 genes of the tomato plant in response to chemical inductors are needed in order to establish which specific signaling molecule is able to trigger the expression of each family member.