Identification of genes involved in defense against pathogens in the CitEST databank and in macroarrays of Citrus sinensis-Guignardia citricarpa interaction

A citricultura brasileira concentra-se principalmente no Estado de São Paulo que contribui com 80,4 % da produção nacional, sendo o Brasil um dos maiores produtores mundiais de citros. Um dos problemas enfrentados pela citricultura é a sua vulnerabilidade a pragas e doenças, devido principalmente a baixa diversidade genética nas variedades comerciais utilizadas, associada ao sistema de plantio em áreas extensas. Uma das doenças que vem causando crescentes prejuízos para a citricultura brasileira é a pinta preta ou mancha preta dos citros causada pelo fungo Guignardia citricarpa Kiely. O uso de conhecimentos de biologia molecular e métodos biotecnológicos devem ser considerados como importante alternativa para a produção de plantas geneticamente modificadas expressando genes de resistência. Para se obter plantas de citros resistentes a doenças, se faz necessário identificar genes que estejam relacionados com os mecanismos de defesa da planta. Na tentativa de identificar estes genes, o objetivo geral deste trabalho foi a identificação de genes in silico no banco de dados do Projeto Millenium CitEST e a análise de expressão diferencial de genes envolvidos na defesa. Mais de 7600 sequencias foram identificadas nas buscas no CitEST com similaridade aos genes R e genes envolvidos na HR e defesa, MAPKs e SNF1. Destes, foram selecionados 273 sequencias para experimentos de macroarranjo para análise da interação Citrus sinensis-Guignardia citricarpa. A análise estatística revelou que 171 genes (62,63%) apresentaram expressão diferencial significativa ao nível de 5% de probabilidade. Destes, 80 apresentaram expressão diferencial significativa maior do que duas vezes, dos quais 38 genes foram induzidos e 42 foram reprimidos no tecido infectado. Entre os genes induzidos estão MAPKs, genes de resistência (R), genes envolvidos na resposta de hipersensibilidade (HR) e na defesa da planta. Entre os transcritos reprimidos, há quatro similares a peroxidases e cinco similares a catalases, o que era esperado já que catalases e algumas peroxidases são capazes de remover H2O2, e assim a planta produz espécies reativa de oxigênio capaz de desencadear a ativação de genes de defesa. Os dados do macroarranjo foram validados via transcrição reversa seguida de PCR quantitativo em tempo real (RT-PCRq) de 9 genes. As análises confirmaram a expressão diferencial de 8 deles sendo que somente um apresentou resultado contrastante ao macroarranjo, o que demonstra a eficiência da metodologia de macroarranjos para estudo de muitos genes simultaneamente. Os genes diferencialmente expressos identificados na interação C. sinensis-G. citricarpa são de grande importância, pois são fortes candidatos para serem utilizados na transformação genética de plantas com o objetivo de obter novas variedades de plantas com resistência a patógenos.The Brazilian citrus industry is concentrated mainly in the State of Sao Paulo which contributes with 80.4% of national production, with Brazil being a leading world producer of citrus. One of the problems facing the citrus industry is its vulnerability to pests and diseases, mainly due to low genetic diversity of the commercial varieties used, linked to the system of planting in extensive areas. A disease that is causing increasing damage to the brazilian citrus industry is the black spot of citrus caused by the fungus Guignardia citricarpa Kiely. The use of knowledge of molecular biology and biotechnological methods should be considered as an important alternative for the production of genetically modified plants expressing genes for resistance. In order to obtain citrus plants resistant to diseases it is necessary to identify genes that are related to the defense mechanisms of the plant. In an attempt to identify these genes, the general aim of this study was to identify genes in silico in the database of the Millennium CitEST Project and to perform differential expression analysis of genes involved in the defense mechanisms. More than 7600 reads were identified in the CitEST search with similarity to R genes, genes involved in HR and defense, MAPKs and SNF1. It was selected 273 reads for macroarray experiments to analysis of Citrus sinensis-Guignardia citricarpa interaction. Statistical analysis revealed that 171 genes (62.63%) showed significant differential expression at the level of 5% probability. From these, 80 showed significant differential expression higher than two fold, in which 38 genes were induced and 42 were repressed in infected tissue. Among the induced genes are MAPKs, resistance (R) genes, genes involved in hypersensitivity response (HR) and plant defense. Among the suppressed transcripts, there are four similar to peroxidases and five similar to catalases, which is expected because catalases and some peroxidases are able to remove H2O2, and so the plant produces reactive oxygen species capable of triggering the activation of defense genes. The macroarray data were validated by reverse transcription followed by quantitative real-time PCR (RT-PCRq) of 9 genes. The analysis confirmed the differential expression of 8 of them, and only one presented different result of macroarray which demonstrate the efficiency of the macroarray methodology to analyze several genes simultaneously. The genes differentially expressed in the interaction of C. sinensis x Guignardia citricarpa identified are of great importance because they are strong candidates for use in genetic transformation of plants with the objective of obtaining new varieties of plants resistant to pathogens