Papel de las 9-lipooxigenasas de Arabidopsis thaliana en respuesta al daño en la pared celular

Resumen

Las oxilipinas constituyen una amplia familia de derivados lipídicos que se originan a partir de los ácidos grasos linoleico y linolénico por la acción de enzimas ¿-dioxigenasas (¿-DOX) y lipooxigenasas (9- y 13-LOX). Estudios previos realizados en el laboratorio habían demostrado la participación de las enzimas 9-LOX y de sus derivados (9-HOT y 9-KOT) en la respuesta de defensa vegetal, en donde actúan como señales e inducen genes de defensa relacionados con el estrés oxidativo y la modificación de la pared celular. Además, la caracterización de mutantes de Arabidopsis insensibles a la aplicación de 9-HOT (mutantes noxy) había revelado que las deficiencias en esta ruta de señalización estaban, con frecuencia, asociadas a un defecto en la respuesta de la planta al daño en la pared celular. En este trabajo procedimos al estudio de las 9-LOX como mediadoras de la ruta de integridad de la pared celular, haciendo uso de plantas mutantes lox1lox5, deficiente en la síntesis de oxilipinas, y noxy, deficientes en su señalización. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el mutante lox1lox5 posee una mayor susceptibilidad a la inhibición de la síntesis de celulosa provocada por el herbicida isoxaben, mientras que el tratamiento con 9-HOT o 9-KOT produce la reversión parcial de esta respuesta. Además, el uso de mutantes de síntesis y señalización de brasinoesteroides ha permitido demostrar que las 9-oxilipinas inducen procesos de reparación de la pared celular y de defensa, tales como la producción de callosa, mediante la inducción de la síntesis y de la señalización de BRs, y que las 9-LOX y los BRs actúan de forma secuencial en la activación de estas respuestas. La activación de la señalización de BRs inducida por las 9-oxilipinas se inhibe en presencia de trólox, un análogo de los tocoferoles que actúa limitando la peroxidación de lípidos, lo que sugiere que la peroxidación de lípidos puede contribuir a la inducción de la síntesis de BRs. En este trabajo hemos podido demostrar el aumento de la susceptibilidad de los mutantes lox1lox5, noxy1 y noxy2 a la infección de Fusarium oxysporum, y por tanto el papel de las 9-oxilipinas en la defensa frente a la infección de un patógeno radicular. Finalmente, el hecho de que la sobreexpresión de la proteína NOXY1 provoque un fuerte aumento en la resistencia de plantas de Arabidopsis frente a la infección de Fusarium apoya la participación de esta proteína en la defensa frente a los patógenos de raíz. The oxylipins are a family of lipids derivatives synthesized by lipoxygenases (9- and 13- LOX) and ¿-dioxygenases (¿-DOX) from linolenic and linoleic acids. Earlier analysis showed the role of 9-LOX in plant defense, and the action of 9-HOT and 9-KOT as defense inducers, by triggering oxidative stress, cell wall modifications and transcriptional reprogramming. Besides, the use of insensitive noxy mutants (non-responding to oxylipins) showed the importance of the cell wall as a 9-LOX signaling component in Arabidopsis. Here, we showed that lox1lox5 mutants exhibit enhanced susceptibility to isoxaben, an herbicide inhibiting cellulose synthesis and damaging the cell wall, whereas treatment with 9-HOT or 9-KOT partially reversed this effect. In experiments with mutants defective in brassinosteroids (BRs), a class of plant hormones necessary for normal plant growth and cell wall integrity, 9-LOX-derived oxylipins activated cell wall repair and cell wall-based responses such as callose deposition by inducing BR synthesis and signaling. Several lines of evidence indicated that the 9-LOX and BRs pathways act sequentially to trigger these responses. We also observed that the oxylipin-dependent activation of BR signaling is limited by the lipophilic antioxidant trolox, suggesting that oxidative stress and lipid peroxidation trigger BR signaling. Our results show the interaction between the 9-LOX and BR pathways and help to clarify the role of BR and 9-oxylipins in modulating plant defense responses. In addition, we found that lox1lox5, noxy1 and noxy2 mutant showed enhanced susceptibility to Fusarium oxysporum, a root pathogen with plant-cell wall degrading activity. Our results point to a role of 9-LOX in the early defense response against Fusarium. Moreover, NOXY1 over-expression enhances Arabidopsis resistance against the pathogen, suggesting that NOXY1 might be a key regulator of 9-LOX-mediated root defense.