Plant nitrogen supply affects the Botrytis cinerea infection process and modulates known and novel virulence factors

Resumo

Sabe-se que a fertilização com nitrogênio (N) afeta doenças; no entanto, os mecanismos subjacentes permanecem em grande parte desconhecidos. Investigou-se o impacto do suprimento de N na interação entre Arabidopsis thaliana e Botrytis cinerea. Plantas de A. thaliana cultivadas em baixa concentração de nitrato foram mais tolerantes a todas as cepas de B. cinerea silvestres testadas. Determinamos as concentrações de nitrato foliar e mostramos que elas tiveram um impacto limitado no crescimento in vitro de B. cinerea. Pela primeira vez, foi realizada uma dupla RNA-Seq de folhas infectadas de plantas cultivadas com diferentes concentrações de nitrato. A análise do transcriptoma mostrou que os transcriptomas de plantas e fungos foram marginalmente afetados pelo fornecimento de nitrato da planta. De fato, apenas um conjunto limitado de genes vegetais (182) e fúngicos (22) exibiram perfis de expressão alterados pelo fornecimento de nitrato. A expressão dos genes selecionados foi confirmada por PCR quantitativa de transcrição reversa em 6 horas pós-infecção (hpi) e analisada em um momento posterior (24 hpi). Selecionamos três dos 22 genes de B. cinerea identificados para análise posterior. B. cinerea mutantes afetados nestes genes foram menos agressivos do que a linhagem de tipo selvagem. Também foi demonstrado que as plantas cultivadas em amônio foram mais tolerantes a B. cinerea. Além disso, a expressão dos genes selecionados de B. cinerea na planta foi alterada quando as plantas foram cultivadas com amônio em vez de nitrato, demonstrando um impacto da natureza do N fornecido às plantas sobre a interação. A identificação de genes de B. cinerea expressos diferencialmente na planta de acordo com o suprimento de N da planta revela duas novas funções de virulência necessárias para a plena virulência em A. thaliana: um metabolito secundário (SM) e uma protease ácida (AP).

Abstract

Plant nitrogen (N) fertilization is known to affect disease; however, the underlying mechanisms remain mostly unknown. We investigated the impact of N supply on the Arabidopsis thaliana–Botrytis cinerea interaction. A. thaliana plants grown in low nitrate were more tolerant to all wild-type B. cinerea strains tested. We determined leaf nitrate concentrations and showed that they had a limited impact on B. cinerea growth in vitro. For the first time, we performed a dual RNA-Seq of infected leaves of plants grown with different nitrate concentrations. Transcriptome analysis showed that plant and fungal transcriptomes were marginally affected by plant nitrate supply. Indeed, only a limited set of plant (182) and fungal (22) genes displayed expression profiles altered by nitrate supply. The expression of selected genes was confirmed by quantitative reverse transcription PCR at 6 hr postinfection (hpi) and analysed at a later time point (24 hpi). We selected three of the 22 B. cinerea genes identified for further analysis. B. cinerea mutants affected in these genes were less aggressive than the wild-type strain. We also showed that plants grown in ammonium were more tolerant to B. cinerea. Furthermore, expression of the selected B. cinerea genes in planta was altered when plants were grown with ammonium instead of nitrate, demonstrating an impact of the nature of N supplied to plants on the interaction. Identification of B. cinerea genes expressed differentially in planta according to plant N supply unveils two novel virulence functions required for full virulence in A. thaliana: a secondary metabolite (SM) and an acidic protease (AP).