Laboratorio de Bioquímica y Fisiología de la Maduración de Frutos

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Ø Integrantes

Directoras

 

Dra. Natalia Marina Villarreal (Investigadora Adjunta CONICET. Profesora Adjunta UNSAM). nvillarreal@intech.gov.ar

 

Dra. María Marina (Investigadora Adjunta CONICET. Profesora Adjunta UNSAM).maria@intech.gov.ar

 

Becarios

 

Lic. Silvia Estefanía Langer (Becaria Doctoral CONICET)

silvilan@intech.gov.ar

 

Lic. Mailén Hirsch

mailhirsch@intech.gov.ar

 

Estudiantes

Martina Pico Terrero (Tecnicatura Universitaria de Laboratorio-UNSAM).

Yanina Molinari (Tecnicatura Universitaria de Laboratorio-UNSAM).

Federico Fasseta (Ingeniería en Agrobiotecnología)

 

Ø Líneas de Investigación

  • Efecto de la aplicación de diferentes tratamientos postcosecha en el metabolismo de la pared celular y la generación de respuestas de defensa de frutilla.

 La frutilla (Fragaria x ananassa, Duch) pertenece al grupo de las denominadas frutas finas, y por sus propiedades organolépticas y calidad nutricional, constituye un producto frutihortícola de relevancia mundial y local, así como un modelo de estudio interesante dentro de la familia de las Rosáceas. El principal problema en el manejo postcosecha de frutilla es su elevada velocidad de ablandamiento, la cual dificulta el transporte, disminuye el tiempo de vida de estantería y facilita el ataque por diversos patógenos, conduciendo a pérdidas económicas. El ablandamiento en estos frutos se produce fundamentalmente por el desensamblaje de la pared celular, y en particular por las modificaciones que ocurren en los polímeros pécticos. Durante los últimos años, los integrantes del grupo de investigación hemos trabajo activamente en la generación de los antecedentes que permiten construir la Hipótesis de la presente línea de investigación, la cual postula que cultivares de frutilla con un mayor contenido de pectinas son más resistentes al desarrollo de enfermedades fúngicas. Por otra parte, se propone que la aplicación de diferentes tratamientos postcosecha inducirá respuestas de defensa en el fruto. El Objetivo General del proyecto es proveer información que tenga el potencial de mejorar estrategias de selección de cultivares de frutilla más resistentes a patógenos fúngicos durante la postcosecha. Asimismo, nos proponemos generar una base sólida de conocimiento acerca de las respuestas de defensa de frutilla frente a estímulos abióticos, y contribuir al entendimiento la relación entre los cambios en el metabolismo de pectinas y los mecanismos de defensa de este fruto.

  • Implicancia de la pared celular vegetal en las respuestas de defensa inducidas por endofitos bacterianos contra patógenos fúngicos en plantas y frutos.

Existe gran variedad de bacterias que viven dentro de las plantas como endofitos sin provocar daño alguno y otorgándoles diversos beneficios, entre ellos el aumento de la resistencia a diversos patógenos. Resulta de importancia estudiar las características de este tipo de interacciones así como su efecto sobre la patogénesis. Los mecanismos de defensa de las plantas presentan una gran complejidad, involucrando numerosas vías metabólicas que interactúan entre sí. En particular es de nuestro interés estudiar el rol de la pared celular vegetal en las respuestas de defensa inducidas por bacterias endofitas beneficiosas para las plantas. Así, la hipótesis de esta línea de investigación plantea que durante la interacción entre plantas y endofitos bacterianos beneficiosos se inducen cambios tanto en la planta como en el fruto, los cuales cumplen una función protectora ante posibles ataques por patógenos. Entre estos cambios se encuentran la inducción de diversos procesos biológicos, entre ellos modificaciones en el metabolismo de la pared celular vegetal. Estos cambios generados por dichos microorganismos protegerán a la planta y al fruto ante el ataque por patógenos fúngicos, responsables de grandes pérdidas económicas durante la pre y postcosecha. Entendemos que el estudio del conjunto de estos cambios generará una base sólida de conocimiento del rol de la pared celular vegetal en las interacciones entre plantas y microorganismos, con el fin de contribuir al posible diseño de estrategias biotecnológicas para el control biológico de enfermedades en plantas y frutos que sean a su vez amigables con medio ambiente, disminuyendo de esta forma el uso de agroquímicos nocivos para el medio ambiente y la salud humana.

  • Evaluación del vínculo entre los cambios producidos en la pared celular de frutilla por reguladores del crecimiento vegetal y la expresión de genes de la familia de receptores del tipo kinasas (RKLs).

 La pared celular vegetal es una estructura dinámica que determina la forma y unión de las células, actúa como una barrera contra el ataque de patógenos y es capaz de responder a diferentes tipos de estímulos. Respecto a los eventos de señalización entre los cambios ocurridos en la pared y el interior celular, se ha propuesto a ciertas proteínas transmembrana pertenecientes a la familia de receptores del tipo kinasas (RLKs, receptor-like kinases) como candidatos para la detección de modificaciones en la pared celular vegetal y la transducción de esta información al citoplasma.            En este sentido se han detectado en A. thaliana, proteínas kinasas asociadas a la pared (WAKs, Wall-associated kinases) capaces de interaccionar fuertemente tanto con proteínas estructurales como con pectinas. En frutilla se ha reportado que plantas transgénicas que presentan un menor grado de metilación de pectinas respecto a plantas del tipo salvaje, evidencian un aumento en la expresión de dos genes de la familia RLKs y en genes pertenecientes a la familia de factores de transcripción WRKY, los cuales están involucrados en la regulación de diversos procesos fisiológicos, incluyendo la defensa frente a patógenos. Sin embargo, a pesar de estos avances, los principales componentes y mecanismos de defensa de frutilla no han sido dilucidados aún. En este sentido, nuestro grupo de investigación ha demostrado que la aplicación de diversos reguladores del crecimiento vegetal, son capaces de provocar cambios en la estructura y en el contenido de los polímeros que forman parte de la pared de frutilla. Dicha información, sumada a los antecedentes disponibles, nos permitió construir la Hipótesis de Trabajo de esta línea de investigación, la cual postula que la aplicación de diferentes estímulos abióticos provocará un cambio en el metabolismo de la pared celular de frutilla, y que dichos cambios serán detectados por proteínas capaces de monitorear modificaciones en la estructura y composición de la pared y de transducir dicha información al interior de la célula.

Ø Publicaciones

Artículos publicados por los integrantes del grupo en Revistas Internacionales con Referato (desde 2015)

1) “Mechanisms of plant protection against two oxalate-producing fungal pathogens by oxalotrophic strains of Stenotrophomonas spp”. María Marina*, Fernando M. Romero, Natalia M. Villarreal, Andrés J. Medina, Andrés Gárriz, Franco Rossi, Gustavo A. Martínez, Fernando Pieckestain. 2019. Plant Molecular Biology, 100, 659-674. *Autora correspondiente.

2) “Calcium chloride treatment modifies cell wall metabolism andactivates defense responses in strawberry fruit (Fragaria x ananassa, Duch)”. Silvia E. Langer, María Marina, José L. Burgos, Gustavo A. Martínez, Pedro M. Civello and Natalia M. Villarreal*. 2019. Journal of the Science of Food and Agriculture, 99, 4003-4010. *Autora correspondiente.

3) “Effects of heat treatment on enzyme activity and expression of key genes controlling cell wall remodeling in strawberry fruit”.”Silvia E. Langer, Natalia C. Oviedo, María Marina, José Luis Burgos, Gustavo A. Martínez, Pedro M. Civello, Natalia M. Villarreal*. 2018. Plant Physiology and Biochemistry, 130, 334-344. *Autora correspondiente.

4) “Overexpression of the carbohydrate binding module from Solanum lycopersicum Expansin 1 (Sl-EXP1) modifies tomato fruit firmness and Botrytis cinerea susceptibility”. M.A. Perini, I.N. Sin, N.M. Villarreal, M. Marina, A.L.T. Powell, G.A. Martínez, P.M. Civello. 2017. Plant Physiology and Biochemistry, 113: 122-132.

5) “Novel insights of ethylene role in strawberry cell wall metabolism”. Villarreal N.M., Marina M., Nardi C.F., Civello P.M., Martínez G.A. 2016. Plant Science, 252: 1-11.

6) “Novel components of leaf bacterial communities of field-grown tomato plants and their potential for plant growth promotion and biocontrol of tomato diseases”. Romero F.M., Marina M., Pieckenstain F.L. 2016. Research in Microbiology, 167: 222-233.

7) “Influence of plant growth regulators on Expansin2 expression in strawberry fruit. Cloning and functional analysis of FaEXP2 promoter region”. Nardi C.F.*, Villarreal N.M.*, Dotto M.C.*, Ariza M.T., Vallarino J.G., Martinez G.A., Valpuesta V., Civello P.M. 2016. Postharvest Biology and technology, 114: 17-28. *: Los autores contribuyeron de igual manera al trabajo.

8) “Role of Arginine Decarboxylase (ADC) in Arabidopsis thaliana defence against the pathogenic bacterium Pseudomonas viridiflava”. Rossi F.R., Marina M., Pieckenstain, F.L. 2015. Plant Biology, 16: 831-839.

9) “Overexpression of the carbohydrate binding module of strawberry expansin2 in Arabidopsis thaliana modifies plant growth and cell wall metabolism”. Nardi C.F., Villarreal N.M., Rossi F.R., Martínez S., Martínez G.A., Civello P.M. 2015. Plant Molecular Biology, 88: 101-117.

 

Comunicaciones a Congresos (desde 2015)

II Congreso Argentino de Biología y Tecnología Poscosecha 2019, Santiago del Estero.

“Bacterias rizosféricas de tomate inducen protección contra patógenos fúngicos mediante la modificación de la pared celular vegetal”. Romero Fernando M, Villarreal Natalia M, Hirsch Mailén, Martínez Gustavo A, Marina María.

II Congreso Argentino de Biología y Tecnología Poscosecha 2019, Santiago del Estero.

 “Efecto de la generación del radical hidroxilo mediada por ascorbato en el desensamblaje de la pared celular de frutilla”. Molinari Yanina, Marina María, Civello Pedro, Martínez Gustavo, Villarreal Natalia.

XXXII Reunión Argentina de Fisiología Vegetal- XVI Congreso Latinoamericano de Fisiología Vegetal 2018, Córdoba.

“La inoculación de frutos de Fragaria x ananassa Duch. con dos cepas endófitas de Stenotrophomonas reduce el crecimiento de Botrytis cinerea”. Pico Terrero M., Barreyra A., Hirch M., Martínez G., Villarreal N., Marina M.

XXXII Reunión Argentina de Fisiología Vegetal- XVI Congreso Latinoamericano de Fisiología Vegetal 2018, Córdoba.

“El tratamiento térmico preserva la estructura de la pared celular de frutilla (Fragaria x ananassa, Duch) a través de la modificación de patrones de expresión de genes claves y actividades enzimáticas en el metabolismo de pectinas y hemicelulosas”. Langer S., Marina M., Martínez G., Civello P., Villarreal N.

CAMAYA 2018. Mar del Plata, Argentina. “Control biológico del patógeno de suelo Phytophthora cinnamomi con bacterias aisladas de la rizosfera de plantas leguminosas para su aplicación en sistemas de producción silvopastoriles”. Colavolpe B., Maguire V., Castro Silva M., Gárriz A., Marina M., Machado H., Adesh S., Ruiz O., Videira e Castro I.

IX Jornadas Argentinas de Biología y Tecnología Poscosecha 2017. Concordia, Argentina. “Efecto del tratamiento postcosecha 1-MCP/CaCl₂ en la expresión de genes del metabolismo de la pared celular de frutilla”. Langer S., Marina M., Civello M., Martínez G., Villarreal N. (Trabajo completo).

“Efecto del tratamiento combinado (1-metilciclopropeno/CaCl2) en parámetros de calidad poscosecha de frutilla (Fragaria x ananassa, Duch)”. Francese P., Langer S., Marina M., Civello P., Martínez G., Villarreal N. (Trabajo completo).

“La sobreexpresión del CBM de la expansina 1 de tomate modifica la firmeza y la susceptibilidad a Botrytis cinerea”. Perini M., Sin I., Villarreal N., Marina M., Powell A., Martínez G., Civello M.

 Simposio de Genómica funcional de Plantas 2017. Rosario, Argentina.

“ La acumulación de putrescina en plantas de Arabidopsis infectadas por Pseudomonas syringae es mediada por mecanismos de señalización dependientes del ácido salicílico. Rossi F.R., Marina M., Ruiz O.A., Pieckenstain F.L.

“Respuesta de genes y enzimas de defensa a la inhibición de la percepción de etileno en frutilla”. Langer S., Marina M., Civello P., Martínez G., Villarreal N..

Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología 2017. Mar del Plata, Argentina. “El tratamiento térmico/CaCl2 modula el metabolismo de la pared celular durante la postcosecha de frutilla (Fragaria x ananassa, Duch.)”. Langer S.E., Marina M., Civello P.M., Martínez G.A, Villarreal N.M. (Trabajo Completo).

XXII Reunión de la Sociedad Española de Fisiología Vegetal 2017. Barcelona, España. The PGPR Burkholderia sp. (AU4i) protects Arabidopsis thaliana against fungal pathogens through direct inhibition and modulation of defense and plant cell wall metabolism”. Colavolpe B., Gárriz A., Villarreal N.M., Rossi, F.R., Romero F.M., Ruiz O.A., Saini A., Marina M. (Flash talk).

XVII International Botrytis Symposium 2016. Santa Cruz, Chile.

“Over-expression of the carbohydrate-binding module of Solanum lycopersicum expansin 1 (SLEXP1) modifies susceptibility to Botrytis cinerea”. Perini M.A., Sin I.N., Villarreal N., Marina M., Nardi C.,, Rossi F., Martínez G., Powell A.L.T., Civello P.M.

Pantoea eucalyptii induces systemic resistance in Arabidopsis thaliana against Botrytis cinerea by priming defence responses”. Romero F.M., Marina M., Rossi F.R., Viaud M., Pieckenstain F.L.

XXXI Reunión Argentina de Fisiología Vegetal 2016. Corrientes, Argentina.

El tratamiento combinado 1-metilciclopropeno (1-MCP)/CaCl2 modula el metabolismo de la pared celular de frutilla (Fragaria x ananassa, Duch) y preserva la calidad de los frutos”. Langer S., Marina M., Civello P., Martínez G., Villarreal N.

Burkholderia sp (AU41), cambia la expresión de genes de la pared celular y defensa provocando efectos beneficiosos en Arabidopsis thaliana”. Colavolpe B., Gárriz A., Villarreal N., Rossi F., Romero M., Ruiz O., Saini A., Marina M.

Oxalotrophic bacteria protect plants from fungal infection independently of classic plant defense signaling pathways”. Romero F.M., Villarreal N.M., Gárriz A., Martínez G.A., Pieckenstain FL., Marina M.

Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología 2015. CABA, Argentina. “Análisis del efecto de tratamientos físicos y químicos en el metabolismo de la pared celular durante la postcosecha de frutilla (Fragaria x ananassa, Duch.)”. Langer S. E., Villarreal N.M., Marina M., Civello P.M., Martínez G.A. (Trabajo Completo).

VIII Jornadas Argentinas de Biología y Tecnología Postcosecha 2015. Balcarce, Argentina. “Caracterización de la actividad endo-xilanasa y expresión del gen FaXynA durante la maduración de cultivares de frutilla con firmezas contrastantes. Regulación hormonal”. Villarreal N., Langer S., Rosli H., Civello P., Martínez G. (Trabajo Completo).

 

Ø Subsidios

PICT-2018-03412. “Evaluación del efecto de tratamientos postcosecha en la generación de respuestas de defensa en cultivares de frutilla con diferente contenido de pectinas”. (Investigadora Responsable: Dra. Natalia Villarreal).

PICT-2018-03166. “Implicancia de la pared celular vegetal en las respuestas de defensa inducidas por endofitos bacterianos contra patógenos fúngicos en frutilla. (Investigadora Responsable: Dra. María Marina).

PIO CONICET-UNLP 2017-2018. “Desarrollo de estrategias para mejorar la producción y la vida postcosecha de cultivos hortícolas de la región platense” (Investigador Responsable: Dr. Pedro Marcos Civello).

PIP-2015-2018-0256. “Nueva contribución al estudio de la implicancia de la pared celular vegetal y de las poliaminas durante la interacción planta-patógeno” (Investigadora Responsable: Dra. María Marina).

PICT-2014-2147. “Respuestas de defensa y cambios en la pared celular mediados por poliaminas en plantas durante su interacción con patógenos y endofitos bacterianos” (Investigadora Responsable: Dra. María Marina).

PIP-2013-2015-0440. “Efecto de tratamientos físicos y químicos combinados sobre la calidad postcosecha de frutilla. Análisis bioquímico y molecular del metabolismo de pectinas”. (Investigadora Responsable: Dra. Natalia Marina Villarreal).

PICT-2012-1562. “Efecto de tratamientos físicos y químicos combinados sobre parámetros de calidad de frutilla. Análisis bioquímico y molecular del metabolismo de pectinas. (Investigadora Responsable: Dra. Natalia Marina Villarreal).

UNSAM-2011-2012 (SJ10/30). “Aislamiento y caracterización de microorganismos endofitos y colonizadores naturales de plantas de importancia comercial. Evaluación de su capacidad para degradar toxinas microbianas así como de su efecto antagónico frente a fitopatógenos” (Investigadora Responsable: Dra. María Marina).

 

Ø  Contacto

Dra. Natalia Marina Villarreal  nvillarreal@intech.gov.ar

Dra. María Marina .maria@intech.gov.ar