Resistenza in pesco a Xanthomonas arboricola pv. pruni: caratterizzazione della risposta metabolica attraverso analisi differenziale del trascrittoma

Abstract

Introduzione: la maculatura batterica, causata da Xanthomonas arboricola pv. pruni (Xap), è la malattia batterica più pericolosa per le drupacee. Le varietà di pesco ‘Redkist’ e ‘J.H. Hale’ sono rispettivamente resistente e suscettibile a Xap. Con il fine di caratterizzare i meccanismi molecolari alla base dell’interazione incompatibile e compatibile, è stato effettuato uno studio di espressione differenziale tramite RNA-Seq per entrambi i genotipi in un time course di 30 min., 1, 3 ore post-infezione (hpi). Risultati: l’analisi di RNA-Seq ha rilevato nella foglia di pesco l’espressione di 20,837 geni che rappresentano il 75% del genoma codificante predetto. In seguito all’infezione artificiale, sono stati identificati per tutto il time course 838 e 803 geni differenzialmente regolati in ‘J.H. Hale’ e ‘Redkist’ rispettivamente. Al tempo 3 hpi, la prima varietà modulava l’espressione del 53,4% (448) dei geni regolati, mentre il secondo l’88,9% (714). In entrambe le varietà è stata rilevata l’induzione di geni coinvolti nella trasduzione del segnale, la biosintesi di ormoni, metabolismo secondario, scoppio ossidativo, proteine di difesa e fattori di trascrizione. Conclusioni: i risultati hanno evidenziato che le due varietà attivano una risposta molto simile nelle fasi precoci d’infezione; sono state però rilevate differenze chiave riguardo l’espressione di fattori di trascrizione, proteine coinvolte nella biosintesi dell’acido salicilico, nello scoppio ossidativo che hanno fatto luce riguardo alla specifica risposta attivata da ‘Redkist’. Questo lavoro ha inoltre fornito informazioni valide all’identificazione di candidati utili per ingegnerizzare in pesco la resistenza alla maculatura batterica delle drupacee con l’obiettivo di ottenere varietà resistenti.

Background: bacterial spot caused by Xanthomonas arboricola pv. pruni (Xap) is the most dangerous bacterial disease for Prunus species. The peach cv. Redkist is spot resistant while J.H. Hale is spot sensitive. In order to understand the molecular mechanisms underlying the incompatible or compatible interaction of peach and Xap, deep transcriptome sequencing (RNA-Seq) for differential gene expression profiling was performed for both genotypes in a time course analysis 30 min, 1 h, 3h post-infection (hpi). Results: RNA-Seq analysis detected in peach leaf 20,837 expressed genes representing 75% of peach genome predicted genes. A total of 838 and 803 differentially expressed genes (DEGs) were identified as spot responsive genes in J.H. Hale and Redkist respectively. The former regulated 53.4% of DEGs (448) at 3 hpi while the latter 88.9% (714). Both varieties induced genes involved in signal transduction, hormone biosynthesis, secondary metabolism, ROS burst, and defense proteins, and transcription factors. Conclusions: this study revealed very similar early molecular responses to bacterial spot disease in Redkist and J.H. Hale after bacterial infection; key differences were detected in the expression of transcription factors, salicylic acid metabolism, ROS burst, shedding light on the resistance response exerted by Redkist. This work provided valuable information for the identification of candidates for engineering spot resistance to obtain resistant varieties.