Small RNA profiling reveals phosphorus deficiency as a contributing factor in symptom expression for citrus Huanglongbing disease

Resumo

O Huanglongbing (HLB) é uma doença cítrica devastadora que está associada a bactérias do gênero “Candidatus Liberibacter” (Ca. L.). Ferramentas poderosas de diagnóstico e estratégias de gestão são desejadas para controlar o HLB. Os pequenos RNAs (sRNA) do hospedeiro desempenham um papel fundamental na regulação das respostas do hospedeiro à infecção por patógenos e são usados como marcadores de diagnóstico precoce para muitas doenças humanas, inclusive cânceres. Para determinar se os sRNAs dos cítricos regulam as respostas do hospedeiro ao HLB, os sRNAs foram perfilados em Citrus sinensis 10 e 14 semanas após o enxerto com Ca. L. asiaticus (Las) positivo ou tecido saudável. Foram descobertos dez novos microRNAs (miRNAs), 76 miRNAs conservados e muitos pequenos RNAs de interferência (siRNAs). Vários miRNAs e siRNAs foram altamente induzidos pela infecção por Las e podem ser potencialmente desenvolvidos como marcadores de diagnóstico precoce do HLB. O miR399, que é induzido pela falta de fósforo em outras espécies de plantas, foi induzido especificamente pela infecção por Las, mas não por Spiroplasma citri, que causa a doença da tristeza dos citros com sintomas semelhantes aos do HLB. Constatamos uma redução de 35% do fósforo em árvores cítricas positivas para Las em comparação com árvores saudáveis. A aplicação de soluções de oxiânions de fósforo em laranjeiras doces positivas para HLB reduziu a gravidade dos sintomas de HLB e melhorou significativamente a produção de frutas durante um teste de campo de três anos no sudoeste da Flórida. Nossos dados moleculares, fisiológicos e de campo sugerem que a deficiência de fósforo está ligada à sintomatologia da doença HLB.

Abstract

Huanglongbing (HLB) is a devastating citrus disease that is associated with bacteria of the genus ‘Candidatus Liberibacter’ (Ca. L.). Powerful diagnostic tools and management strategies are desired to control HLB. Host small RNAs (sRNA) play a vital role in regulating host responses to pathogen infection and are used as early diagnostic markers for many human diseases, including cancers. To determine whether citrus sRNAs regulate host responses to HLB, sRNAs were profiled from Citrus sinensis 10 and 14 weeks post grafting with Ca. L. asiaticus (Las)-positive or healthy tissue. Ten new microRNAs (miRNAs), 76 conserved miRNAs, and many small interfering RNAs (siRNAs) were discovered. Several miRNAs and siRNAs were highly induced by Las infection, and can be potentially developed into early diagnosis markers of HLB. miR399, which is induced by phosphorus starvation in other plant species, was induced specifically by infection of Las but not Spiroplasma citri that causes citrus stubborn—a disease with symptoms similar to HLB. We found a 35% reduction of phosphorus in Las-positive citrus trees compared to healthy trees. Applying phosphorus oxyanion solutions to HLB-positive sweet orange trees reduced HLB symptom severity and significantly improved fruit production during a 3-year field trial in south-west Florida. Our molecular, physiological, and field data suggest that phosphorus deficiency is linked to HLB disease symptomology.