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Nitrogen Limitation Alters the Response of Specific Genes to Biotic Stress

  • Mahsa Farjad
  • M. Rigault
  • S. Pateyron
  • M. L. Martin-Magniette
  • A. Krapp
  • C. Meyer
  • Mathilde Fagard
2018 - International journal of molecular sciences
Palavras-chave: Multiestresse, fitopatógeno bacteriano, limitação de nitrogênio, Arabidopsis, transcriptoma, defesa
Termos de indexação: Defesa de plantas, genes, expressão gênica, estresse biótico, estresse abiótico
 

Resumo

Em seu ambiente natural, as plantas geralmente são confrontadas com vários estresses que ocorrem simultaneamente. No entanto, a interação entre os estresses não é bem conhecida e os dados transcriptômicos em resposta a estresses combinados permanecem escassos. O objetivo deste estudo é caracterizar a interação entre as respostas transcriptômicas ao estresse biótico e à limitação de nitrogênio (N). As plantas foram cultivadas com pouco ou muito nitrogênio, infectadas ou não com Erwinia amylovora (Ea), e a expressão gênica das plantas foi analisada por meio de microarranjo e qRT-PCR. A maioria dos genes responsivos ao Ea tinha o mesmo perfil (induzido/reprimido) em resposta ao Ea em N baixo e total. Em resposta à combinação de estresse, um terço dos transcritos modulados respondeu de uma forma que não pôde ser deduzida de sua resposta a cada estresse individual. Muitos genes relacionados à defesa mostraram uma priorização da resposta ao estresse biótico em relação à resposta à limitação de N, o que também foi observado usando Pseudomonas syringae como um segundo patossistema. Nossos resultados indicam uma interação entre as respostas transcriptômicas ao N e ao estresse biótico. Uma pequena fração de transcritos foi priorizada entre as respostas antagônicas, refletindo a preservação do programa de defesa da planta sob a limitação de N. Além disso, essa interação também levou a uma redução na taxa de crescimento da planta. Além disso, essa interação também levou a uma resposta complexa e específica em termos de metabolismo e genes associados à homeostase celular.

 

Abstract

In their natural environment, plants are generally confronted with multiple co-occurring stresses. However, the interaction between stresses is not well known and transcriptomic data in response to combined stresses remain scarce. This study aims at characterizing the interaction between transcriptomic responses to biotic stress and nitrogen (N) limitation. Plants were grown in low or full N, infected or not with Erwinia amylovora (Ea) and plant gene expression was analyzed through microarray and qRT-PCR. Most Ea-responsive genes had the same profile (induced/repressed) in response to Ea in low and full N. In response to stress combination, one third of modulated transcripts responded in a manner that could not be deduced from their response to each individual stress. Many defense-related genes showed a prioritization of their response to biotic stress over their response to N limitation, which was also observed using Pseudomonas syringae as a second pathosystem. Our results indicate an interaction between transcriptomic responses to N and biotic stress. A small fraction of transcripts was prioritized between antagonistic responses, reflecting a preservation of the plant defense program under N limitation. Furthermore, this interaction also led to a complex and specific response in terms of metabolism and cellular homeostasis-associated genes.
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