Coordination of a mitochondrial superoxide burst during the hypersensitive response to bacterial pathogen in Nicotiana tabacum

Resumo

Caracterizamos as respostas da Nicotiana tabacum a patovares do patógeno bacteriano Pseudomonas syringae. Essas respostas incluíram uma resposta compatível associada à morte de células necróticas (pv. tabaci), uma resposta incompatível que incluiu a morte de células com resposta hipersensível (HR) (pv. maculicola) e uma resposta incompatível que induziu defesas, mas não teve HR (pv. phaseolicola). Moléculas de sinalização (ácido salicílico, óxido nítrico, H2O2) conhecidas por induzir o gene Aox1a do fumo responsivo ao estresse [que codifica a oxidase alternativa (AOX), componente da cadeia de transporte de elétrons (ETC) mitocondrial] se acumularam preferencialmente durante a HR, mas isso não elevou o transcrito do Aox1a nem a proteína AOX, enquanto o transcrito e a proteína foram fortemente elevados durante a resposta de defesa ao pv. phaseolicola. Além disso, a atividade da superóxido dismutase de manganês (MnSOD) da matriz diminuiu durante a HR, diferentemente de sua resposta aos outros patógenos e da resposta de outras enzimas superóxido dismutase (SOD). Por fim, a HR (mas não a resposta a pv. phaseolicola ou pv. tabaci) foi acompanhada por uma explosão precoce e persistente de superóxido mitocondrial (O2-) antes da morte celular. Propomos que uma resposta coordenada do principal mecanismo ETC para evitar a geração de O2- (AOX) e o único meio enzimático para eliminar o O2- mitocondrial (MnSOD) é importante na determinação do destino da célula durante as respostas ao patógeno.

Abstract

We characterized responses of Nicotiana tabacum to pathovars of the bacterial pathogen Pseudomonas syringae. These included a compatible response associated with necrotic cell death (pv. tabaci), an incompatible response that included hypersensitive response (HR) cell death (pv. maculicola) and an incompatible response that induced defences but lacked the HR (pv. phaseolicola). Signalling molecules (salicylic acid, nitric oxide, H2O2) known to induce the stress responsive tobacco Aox1a gene [that encodes the mitochondrial electron transport chain (ETC) component alternative oxidase (AOX)] accumulated preferentially during the HR, but this did not elevate Aox1a transcript or AOX protein, while the transcript and protein were strongly elevated during the defence response to pv. phaseolicola. In addition, matrix manganese superoxide dismutase (MnSOD) activity declined during the HR, unlike its response to the other pathovars, and unlike the response of other superoxide dismutase (SOD) enzymes. Finally, the HR (but not the response to pv. phaseolicola or pv. tabaci) was accompanied by an early and persistent mitochondrial superoxide (O2-) burst prior to cell death. We propose that a coordinated response of the major ETC mechanism to avoid O2- generation (AOX) and the sole enzymatic means to scavenge mitochondrial O2- (MnSOD) is important in the determination of cell fate during responses to pathogen.