Plant glutamate metabolism (GM) plays a pivotal role in amino acid metabolism and orchestrates crucial metabolic functions, with key roles in plant defense against pathogens. These functions concern three major areas: nitrogen transportation via the glutamine synthetase and glutamine-oxoglutarate aminotransferase cycle, cellular redox regulation, and tricarboxylic acid cycle-dependent energy reprogramming. During interactions with pathogens, the host GM is markedly altered, leading to either a metabolic state, termed “endurance”, in which cell viability is maintained, or to an opposite metabolic state, termed “evasion”, in which the process of cell death is facilitated. It seems that endurance-natured modulations result in resistance to necrotrophic pathogens and susceptibility to biotrophs, whereas evasion-related reconfigurations lead to resistance to biotrophic pathogens but stimulate the infection by necrotrophs. Pathogens, however, have evolved strategies such as toxin secretion, hemibiotrophy, and selective amino acid utilization to exploit the plant GM to their own benefit. Collectively, alterations in the host GM in response to different pathogenic scenarios appear to function in two opposing ways, either backing the ongoing defense strategy to ultimately shape an efficient resistance response or being exploited by the pathogen to promote and facilitate infection.
Glutamate Metabolism in Plant Disease and Defense: Friend or Foe?
Resumo
O metabolismo do glutamato (GM) das plantas desempenha um papel fundamental no metabolismo de aminoácidos e orquestra funções metabólicas cruciais, com papéis fundamentais na defesa das plantas contra patógenos. Essas funções dizem respeito a três áreas principais: transporte de nitrogênio por meio do ciclo da glutamina sintetase e da glutamina-oxoglutarato aminotransferase, regulação redox celular e reprogramação de energia dependente do ciclo do ácido tricarboxílico. Durante as interações com os patógenos, o GM do hospedeiro é alterado de forma acentuada, levando a um estado metabólico, denominado “resistência”, no qual a viabilidade celular é mantida, ou a um estado metabólico oposto, denominado “evasão”, no qual o processo de morte celular é facilitado. Parece que as modulações relacionadas à resistência resultam em resistência a patógenos necrotróficos e suscetibilidade a biotróficos, enquanto as reconfigurações relacionadas à evasão levam à resistência a patógenos biotróficos, mas estimulam a infecção por necrotróficos. Os patógenos, no entanto, desenvolveram estratégias como a secreção de toxinas, a hemibiotrofia e a utilização seletiva de aminoácidos para explorar o GM da planta em seu próprio benefício. Coletivamente, as alterações no GM do hospedeiro em resposta a diferentes cenários patogênicos parecem funcionar de duas maneiras opostas, seja apoiando a estratégia de defesa em andamento para moldar uma resposta de resistência eficiente ou sendo exploradas pelo patógeno para promover e facilitar a infecção.
Abstract
H. S. Seifi
J. van Bockhaven
G. Angenon
M. Höfte
2013 - Molecular Plant-Microbe Interactions
