Pathogenicity and hormonal regulation in the Moniliophthora perniciosa x Solanum lycopersicum interaction

Moniliophthora perniciosa é o agente causal da doença vassoura-de-bruxa em cacaueiro (Theobroma cacao). Os sintomas da doença compreendem perda de dominância apical, inchamento e excesso de brotações em ramos novos, reversão de meristemas florais em vegetativos, partenocarpia e lesões necróticas em frutos, sugerindo a ocorrência de alterações hormonais no hospedeiro. A disponibilidade de isolados do biótipo-S capazes de infectar o tomateiro, permitiu a utilização da cultivar miniatura \'Micro-Tom\' (MT) como um modelo para estudo da interação Moniliophthora perniciosa x Solanum lycopersicum. Além de provocar sintomas característicos no MT, a disponibilidade de mutantes e linhas transgênicas introgredidos em MT, com alterações que afetam o metabolismo e sensibilidade hormonal, permitem investigar o papel dos hormônios vegetais no desenvolvimento dos sintomas. Inicialmente, foi avaliada a agressividade de três isolados do biótipo-S no MT, sendo que um isolado de Tiradentes apresentou maior agressividade, com maior incidência dos sintomas, maior engrossamento do caule, redução na altura das plantas, aumento no número de lóculos nos frutos e redução na biomassa radicular. Mutantes com alterações na percepção para auxina (diageotropica e entire) e uma linha transgênica expressando uma citocinina oxidase de Arabidopsis (35S::AtCKX2) diferiram para o engrossamento do caule e distribuição do número de lóculos nos frutos em relação ao MT. A linha transgênica 35S::AtCKX2 diferiu significativamente de MT com menor incidência de infecção. O engrossamento do caule associa-se ao aumento na área do córtex e, principalmente do xilema e floema. A aplicação exógena de citocinina sintética benzil-adenina (BA) e da auxina sintética ácido naftaleno acético (ANA) em MT evocam sintomas similares aos de plantas infectadas com M. perniciosa. Linhas transgênicas repórter de sinalização por citocinina (ARR5::GUS) ou auxina (DR5::GUS) indicaram sinalização diferencial por citocinina a 24 h e 36 h após inoculação (HAI) e 48 HAI por auxina. A infecção por M. perniciosa aumentou os níveis de ácido jasmônico, ácido salicílico (AS) e auxina em MT entre 5 d a 30 DAI, com maior incremento aos 5 DAI, enquanto que o nível de ácido abscísico aumentou aos 20 d e 30 DAI, e AS foi o único detectado em micélio dicariótico do biótipo-S. Genes de biossíntese de citocinina (IPT), ativação (LOG), degradação (CKX) e resposta à citocinina (ARRs e CRF) e auxina (AUX/IAA, ARFs, SAUR e GH3) foram induzidos em MT inoculado de 12 h a 5 DAI, mas com maior acúmulo de transcritos aos 30 DAI. M. perniciosa induziu maior expressão desses genes citados e de biossíntese auxina, nos momentos iniciais da interação (12 h a 5 DAI) em 35S::AtCKX2 do que no MT. O efeito da infecção em aumentar o número de lóculos nos frutos parece ser independente ou downstream a mutação fasciated, Mouse ears e ovate. A mutação Lanceolate parece ter um papel na redução do efeito da infecção em aumentar o número de lóculos. Os resultados obtidos sugerem que a infecção pelo M. perniciosa em MT altere os níveis/sinalização dos hormônios vegetais, principalmente auxina e citocinina, provocando o engrossamento do caule (aumento no xilema, floema e córtex), redução no crescimento e na biomassa radicular e aumento no número de lóculos nos frutosMoniliophthora pernicisa is the causal agent of witches\' broom disease in cocoa (Theobroma cacao). The disease symptoms comprise loss of apical dominance, thickening and proliferation of axillary shoots, shift from inflorescence into vegetative meristem, parthernocarpy and necrotic lesions on fruits, suggesting a host hormonal imbalance. The availability of an isolated of S-biotype M. perniciosa, which colonizes tomato, enabled the utilization of the miniature tomato (Solanum lycopersicum) cultivar \'Micro-Tom\' (MT) as a suitable model to study the pathosystem M. perniciosa x S. lycopersicum. In addition to the characteristic symptoms of the infection in MT, the availability of mutants and transgenic lines introgessed into MT, with changes in plant metabolism and hormonal sensitivity, enable the investigation of the role of plant hormones in the development of symptoms. Initially, we evaluated the aggressiveness of three S-biotype M. perniciosa isolates. The isolate \'Tiradentes\' showed greater aggressiveness infecting MT, with higher plant infection incidence, greater stem thickening, reduction in plant height, increase in fruit locule number and reduction in root dry weight. Mutants with altered auxin perception (diageotropica e entire) and the transgenic line expressing a cytokinin oxidase gene of arabidopsis (35S::AtCKX2) differed in stem thickening and fruit locule number distribution, as compared to MT. The transgenic line 35S::AtCKX2 differed significantly from MT, showing lower incidence of infection. The thickening of the stem may be related with an increase in area of the cortex, especially xylem and phloem. The exogenous application of synthetic cytokinin benzyl adenine (BA) and auxin naphthalene acetic acid (NAA) in MT induces similar symptoms to plants infected with M. perniciosa. Cytokinin (ARR5::GUS) and auxin (DR5::GUS) signaling reporter transgenic lines revealed differential cytokinin signaling 24 h e 36 h hours after inoculation (HAI) and differential auxin signaling in 48 HAI. Infection of MT by M. perniciosa increased the content of JA, SA and auxin during the development of symptoms from 5 d to 30 DAI, with greater increase at an early stage of symptoms development (5 days after inoculation - DAI), whereas abcisic acid content increased in 20 and 30 DAI, and only AS was detected in dicariotic mycelium of the S-biotype M. perniciosa. Cytokinin biosynthesis (IPT), activating (LOG), and breakdown (CKX) genes and response to cytokynin genes (ARRs e CRF) and auxin (AUX/IAA, ARFs, SAUR e GH3) were induced in MT infected in 12 h a 5 DAI, with greater accumulation of transcripts in 30 DAI. M. perniciosa induced higher levels of IPT, LOG, CKX, ARRs, and CRF genes and auxin biosynthesis genes at an ealry stage of infection (12 h a 5 DAI) in 35S::AtCKX2, as compared to MT. The effect of the infection on increasing fruit locule number seems to be independent or downstream fasciated, Mouse ears and ovate mutation. Lanceolate mutation seems to play a role in reducing M. perniciosa ability of increasing fruit locule number. The results suggest infection of MT by S-biotpye M. perniciosa alters levels/signaling of the hormones, especially auxin and cytokinin, inducing stem thickening (increasing xylem, phloem and cortex), reduction in plant height, root dry weight and increase in fruit locule numbe