¿Las plantas responden al Quorum Sensing de las bacterias?
En este trabajo los autores se preguntan cómo responde el crecimiento y la pre-activación (priming) del sistema inmune vegetal de Arabidopsis thaliana cuando se les da un pre-tratamiento de distintas moléculas autoinductores de Quorum sensing de bacterias.
Para observar el crecimiento de la planta in vitro se usan un control de acetona y pre-tratamientos de crecimiento con 5 autoinductores Acil-Homoserin Lactonas (AHL) de diferentes largos de cadena (C6, C8, oxo-C12, oxo-C14) y combinaciones entre estos autoinductores, con el objetivo de intentar simular una comunidad microbiana simple, luego se mide la biomasa y el largo de tallo.
Figure 1. AHL and their combinations have an impact on plant growth. Arabidopsis thaliana Col-0 plants were grown under the treatment of 6 μm AHL alone or their combinations for 3 weeks and the root length (A) and plant biomass (B) were assessed. The control, acetone-treated plants, was set to 100%. * indicates p < 0.05, **p < 0.005, ***p < 0.0005, and ****p < 0.00005 in Student’s t-test, minim. n = 20. Representative photographs presenting the phenotype of A. thaliana Col-0 after the exposition to AHL, are presented in (C), the bar represents 3 cm.
Para dilucidar si existe priming inmunológico, es decir, un preactivación del sistema inmune vegetal para que éste pueda responder más rápido ante un elicitor, las plantas fueron impregnadas con flg22 (un PAMP) y 2h después se midió la expresión de genes marcadores de defensa (WRKY22/29, GST6, Hsp70) y la acumulación bacteriana (recuento de UFC) tras infección.
Primero se usa AHL oxo-C14-HSL sola (etiquetada como E), que se sabe que puede inducir priming inmunológico en Arabidopsis y luego se mide la expresión de esos genes con los AHL.
Figure 3. Differences in the induction of defense-related genes upon AHL pretreatment. Single AHL: N-(3-oxohexanoyl)-L-homoserine lactone (oxo-C6-HSL) (A), N-(3-oxooctanoyl)-L-homoserine lactone (oxo-C8-HSL) (B), N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine lactone (oxo-C12-HSL) (D) and N-(3-oxotetradecanoyl)- L-homoserine lactone (oxo-C14-HSL) (E), as well as their combinations, were used as pretreatment for 3 days prior to the challenge with 100 nM flg22. The induction of the expression of the transcription factors WRKY22 and WRKY29, the Glutathione-S-Transferase 6 (GST6) and the Heat Shock Protein 70 (Hsp70) was assessed 2 h after the flg22 challenge. The induction in control plants (acetone pretreatment) was set to 100%. The level of expression was normalized to the expression of the housekeeping gene At5g25760 (Ubiquitin ligase). ∗ indicates p < 0.05 in Student’s t-test.
Combinaciones de AHLs (especialmente las que incluyen oxo-C14 o cadenas muy largas) amplifican la respuesta inmune aún más que las AHLs individuales. Los autores implican que esta respuesta mayor se debe a que las AHL son de cadena larga, pero después admiten que no era lo más adecuado, ya que hay combinaciones de AHL de cadena corta y larga que también inducen priming, las mezclas múltiples de AHLs provocan una respuesta más fuerte que oxo-C14 sola, lo cual no se explicaría solo por la longitud de la cadena, esto indica que la planta integra múltiples señales microbianas, no responde solo a una molécula específica.
Figure 5. Multiple AHL combinations induce AHL-priming for enhanced resistance against Pst. Arabidopsis thaliana Col-0 plants were transferred to 1/2-strength MS medium supplemented with combinations of AHL as indicated, 1 week after germination. After additional 3 weeks, plants were challenged with Pseudomonas syringae pathovar tomato (Pst). Bacteria were grown on King’s B medium, washed in 10 mM MgCl2 prior use and the optical density was adjusted to 0.01 (107 CFU/ml). Bacterial colony forming unit (CFU) number was assessed 12 h and 96 h after the spray-inoculation. A: N-(3-oxohexanoyl)-L-homoserine lactone (oxo-C6-HSL); B: N-(3-oxooctanoyl)-L-homoserine lactone (oxo-C8-HSL); D: N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine lactone (oxo-C12-HSL); and E: N-(3-oxotetradecanoyl)-L-homoserine lactone (oxo-C14-HSL). Multiple letters indicate the combination used for the pretreatment. Different colors represent the significance groups at p < 0.05 in Student’s t-test. In addition, ∗ indicates p < 0.05, ∗∗p < 0.005 and ∗∗∗p < 0.0005 in Student’s t-test. (A,B) Display two independent experiments.
Si el priming es una respuesta inmunitaria clave para contrarrestar la infección de patógenos eso se debería observar en la infección a la planta, por eso se realizan ensayos de infección con Peusomonas syringae pathovar tomato (Pst), las plantas tratadas con combinaciones de AHLs mostraron menores niveles de colonización bacteriana, indicando mayor resistencia. Las respuestas inmunes no se explican solo por la suma de efectos de cada AHL, sino por su interacción compleja: la mezcla de señales simula mejor una comunidad bacteriana diversa.
Los resultados de este artículo apuntan a que las plantas no solo detectan AHLs individuales, sino que también interpretan combinaciones de señales bacterianas, como si estuvieran leyendo la “firma química” de una comunidad microbiana. Esto sugiere que las plantas podrían usar esta información para ajustar su respuesta inmune dependiendo del tipo y complejidad de la comunidad microbiana circundante.
Referencia:
Shrestha, A., Grimm, M., Ojiro, I., Krumwiede, J., & Schikora, A. (2020). Impact of quorum sensing molecules on plant growth and immune system. Frontiers in Microbiology, 11, 1545. https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2020.01545/
