Proyecto H2020 EPILIPIN: Descifrando el papel de las oxilipinas en los mecanismos epigenéticos que controlan la inmunización de las plantas

La producción/señalización de oxilipinas es necesaria para la memoria transgeneracional del estrés:
primero, establecimos un análisis de cebado dentro de la generación (Resistencia Adquirida Sistémica, SAR) y transgeneracional (Resistencia Adquirida Transgeneracional, TAR) contra el patógeno biotrófico Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa), en el laboratorio huésped. Descubrimos que los mutantes alterados en la producción/señalización de oxilipinas no pudieron mostrar TAR, lo que revela un papel importante de las vías de oxilipinas en la memoria transgeneracional del estrés.

Interacción entre oxilipinas y vías epigenéticas:
para determinar la interacción de las vías de oxilipinas y epigenéticas, analizamos la capacidad de los mutantes de (des)metilación del ADN para percibir compuestos de oxilipinas. Como los mutantes de (des)metilación del ADN no se vieron afectados en la percepción de oxilipinas, nuestros resultados parecen posicionar la señalización de oxilipinas aguas arriba de la huella epigenética en la cascada que media el cebado. Además, mutantes defectuosos en la producción/percepción de oxilipinas fueron alterados en su respuesta a compuestos que alteran el epigenoma, apuntando a una alteración del paisaje epigenético o plasticidad epigenética en los mutantes mencionados.

Caracterización de genes relacionados con oxilipinas en la movilización de la maquinaria epigenética:
Diseñamos marcadores Chop-PCR para realizar un perfil aproximado de metilación de ADN para mutantes relacionados con oxilipinas en condiciones basales y en respuesta a infección. Nuestros resultados apoyaron el requerimiento de producción/señalización de oxilipinas para los cambios de metilación de ADN activados en respuesta al ataque de patógenos. Para validar esos resultados, aprovechamos el gen Ep5C, previamente usado en el constructo reportero Ep5C::GUS para identificar mutantes defectuosos en la metilación de ADN asociados con cebado inmunitario. Observamos una inducción constitutiva del constructo al introgresar en los mutantes relacionados con la oxilipina mencionados, imitando a mutantes con deficiencias en la metilación del ADN y reforzando la idea de que las vías de la oxilipina median cambios en la metilación del ADN asociados con la defensa y el cebado de las plantas.

Posicionando el estrés mitocondrial en la cascada de señalización:
Durante el desarrollo del proyecto, diferentes resultados producidos en el grupo en el contexto de otros avances en el campo, apuntaron a un papel importante de las mitocondrias en la vía de señalización de oxilipinas. Dado que a) la señalización de oxilipinas implica cambios mitocondriales, b) los mutantes defectuosos en oxilipinas se alteran en las proteínas mitocondriales y c) la producción de donantes de grupos metilo para marcas epigenéticas tiene lugar parcialmente en las mitocondrias; desarrollamos un modelo de trabajo en el que la señalización desencadenada por el reconocimiento del patógeno y mediada por oxilipinas, induciría cambios mitocondriales que afectan la deposición de las marcas epigenéticas subyacentes a la memoria del estrés (cebado). En consecuencia, el estrés mitocondrial indujo un fenotipo de resistencia muy fuerte contra el patógeno biotrófico Hpa. La inducción mencionada de estrés mitocondrial fue suficiente para desencadenar tanto SAR como TAR, lo que respalda nuestro modelo.

En resumen, nuestros resultados demuestran que oxilipinas específicas y proteínas relacionadas son necesarias para la preparación inmunitaria de las plantas, el objetivo más prometedor para el desarrollo de estrategias alternativas, y esperamos que más sostenibles, de protección de cultivos, una de las prioridades de la Unión Europea. Más allá de nuestras ambiciones iniciales, los datos obtenidos en el contexto de los últimos avances en este campo nos permitieron situar a las mitocondrias en una posición central en las cascadas de señalización intracelular que median la memoria epigenética del estrés.

Para maximizar el impacto en la comunidad científica, los resultados de este proyecto se han difundido en seis reuniones nacionales e internacionales y tres seminarios por invitación. Los resultados se publicarán en revistas de alto impacto, lo que consolida el alto nivel del grupo y del centro de investigación, y mi posición en el campo. También he participado en los seminarios del grupo y del centro de investigación anfitriones, y he continuado mi contribución activa en sociedades y comunidades científicas. Consciente de la importancia de la comunicación, participé en diversas actividades docentes y divulgativas, promoviendo el interés del público general por la ciencia y las inversiones de la UE en investigación, a la vez que me involucré y comprendí mejor sus preocupaciones y prioridades. Próximamente evaluaremos la traducción de algunos de los resultados al desarrollo de estrategias de seguridad alimentaria sostenible aprovechando las infraestructuras del centro (Departamentos de Transferencia de Tecnología del CNB/CSIC).