[en] Plants face a constant array of environmental stresses, including biotic and abiotic challenges, which significantly impact crop yields. Biotic stresses originate from living organisms such as fungi, oomycetes, bacteria, viruses, nematodes, insects, and weeds, while abiotic stresses encompass factors like salinity, drought, extreme temperatures, flooding, radiation, nutrient limitations, and heavy metal toxicity. Given their immobile nature, plants have developed intricate mechanisms to confront these stresses, involving the activation of signal transduction pathways and subsequent transcriptional reprogramming of gene expression. In this context, plants in their natural habitat continually grapple with both biotic and abiotic stresses, significantly compromising their productivity. Research efforts have primarily centered on understanding plant responses to individual stressors. When plants experience a combination of stress factors, it can lead to complex outcomes due to crosstalk between the respective signaling pathways. Over the course of evolution, plants have developed intricate mechanisms to combat pathogen infections, resulting in a substantial body of literature and data detailing the transcriptional reprogramming of gene expression in response to pathogen attack. There is also evidence to suggest that plant immune responses can be post-translationally regulated through protein phosphorylation. However, our understanding of the specific proteins and phosphorylation events involved in the crosstalk between pathogen-induced signaling pathways and nutrient signaling in plants remains limited. Furthermore, the nutritional status of a plant has been shown to influence disease resistance. Phosphorus is an essential nutrient for plant growth and development. Plants acquire this nutrient from the soil in the form of inorganic phosphate (Pi). The low bioavailability of Pi in agricultural soils represents a limiting factor for plant growth. Consequently, Pi fertilizers are routinely used in modern agriculture to optimize crop yields, leading to a scenario of Pi excess in many agricultural ecosystems. At the molecular level, a large effort has been made to understand how plants adapt to Pi limiting conditions through the so called Phosphate Starvation Response (PSR). Less information is available on adaptive mechanisms to Pi excess in plants. In this Ph. D. Thesis, we investigated the effect of Pi on the response of rice plants to pathogen infection at the proteomic level, as well as Pi-mediated mechanism underlying disease resistance/ susceptibility in rice. In Section 1 we described the dual impact of phosphate content in rice leaves on both the rice plant and the fungal pathogen M. oryzae. The accumulation of phosphate negatively affected the presence of Pathogenesis-Related (PR) proteins in the plant, leading to susceptibility. Simultaneously, there was an increase in the expression of fungal effectors. Section 2, described how, in Low-Pi plants, the leaf apoplast was enriched with proteins associated with plant defense reactions, aligning with observed resistance against M. oryzae. Further, in Section 3, a phosphoproteomic analysis was conducted, where we showed that High-Pi plants undergo substantial modifications in response to M. oryzae infection, whereas Low-Pi plants maintained a basal level of phosphorylation under both mock and infected conditions. For Section 4, we explored the involvement of OsPBZ1 gene in defense response. We found that OsPBZ1 plays a pivotal role in the rice's defense response to pathogen infection, with its expression being influenced by Pi content. CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of OsPBZ1 alters blast resistance in a Pi-dependent manner, suggesting a complex interplay between OsPBZ1, Pi availability, and susceptibility. Finally, in Section 5 we analyzed FRET-live imaging sensors as a tool for real-time detection of Pi by live cell imaging, showcasing their effectiveness in monitoring phosphate changes induced by various stimuli in rice plants. Further investigations are needed to understand molecular interactions and signaling pathways involving phosphate and rice's defense.

[es] Las plantas se enfrentan constantemente a una serie de factor ambientales, bióticos y abióticos, afectando significativamente al rendimiento de los cultivos. El estrés biótico es causado por organismos como hongos, bacterias o insectos, mientras que el estrés abiótico incluye la salinidad, la sequía o la disponibilidad de nutrientes. Dada su naturaleza inmóvil, las plantas han desarrollado mecanismos intrínsecos para afrontar estos estreses, mediante la activación de vías de transducción de señales y la reprogramación transcripcional de la expresión genética. En la naturaleza, las plantas se enfrentan continuamente a estreses tanto bióticos como abióticos, comprometiendo significativamente su productividad. Las investigaciones se centran en comprender las respuestas de las plantas a un estrés individual, ya que su combinación es compleja por la interferencia entre las vías de señalización. La regulación puede darse a nivel postraduccional mediante la fosforilación proteica. Sin embargo, nuestro conocimiento sobre los eventos de fosforilación involucrados en las vías de señalización inducidas por patógenos y nutrientes sigue siendo limitada. Además, se ha demostrado que el estado nutricional de una planta influye en la resistencia a enfermedades. El fósforo, adquirido del suelo en forma de fosfato inorgánico (Pi), es un nutriente esencial para el crecimiento y desarrollo de las plantas. La baja biodisponibilidad de Pi en suelos representa un factor limitante para el crecimiento de las plantas. En consecuencia, los fertilizantes de Pi se utilizan en la agricultura moderna para optimizar el rendimiento de los cultivos, causando un exceso de Pi en las plantas. A nivel molecular, se estudia cómo las plantas se adaptan a las condiciones limitantes de Pi mediante la Phosphate Starvation Response, aunque hay menos información sobre la respuesta al exceso de Pi. En esta tesis doctoral, investigamos el efecto y el mecanismo del Pi en la respuesta de las plantas de arroz a la infección por patógenos a nivel proteómico, que da lugar a la resistencia/susceptibilidad a enfermedades en el arroz. En la Sección 1 describimos el doble impacto del contenido de Pi en las hojas de arroz tanto en la planta como en el hongo patógeno Magnaporthe oryzae. La acumulación de Pi afectó negativamente la presencia de Pathogenesis-related proteins en la planta, resultando en un fenotipo susceptible. Simultáneamente, hubo un aumento en la expresión de efectores fúngicos. En la Sección 2 se explicó cómo, en plantas con bajo contenido de Pi, el apoplasto de la hoja se enriqueció con proteínas asociadas con defensa, alineándose con la resistencia observada contra M. oryzae. En la Sección 3, se realizó un análisis fosfoproteómico, donde demostramos que las plantas con alto contenido de Pi sufren modificaciones sustanciales en respuesta a la infección por M. oryzae, mientras que las plantas con bajo nivel de Pi mantuvieron un nivel basal de fosforilación con infección y sin ella. Para la Sección 4, exploramos la participación del gen OsPBZ1 en la respuesta de defensa. Descubrimos que OsPBZ1 desempeña un papel fundamental en la respuesta de defensa del arroz a la infección por patógenos, y su expresión está influenciada por el contenido de Pi. La mutagénesis de OsPBZ1 por CRISPR/Cas9 altera la resistencia a M. oryzae de una manera dependiente de Pi, sugiriendo una interacción compleja entre OsPBZ1, la disponibilidad de Pi y la susceptibilidad. Finalmente, en la Sección 5 analizamos los biosensores FRET como una herramienta para la detección de Pi a tiempo real mediante la observación de células vivas, mostrando su efectividad en el monitoreo de los cambios de Pi inducidos por diversos estímulos en las plantas de arroz. Se necesitan más investigaciones para comprender las interacciones moleculares y las vías de señalización que involucran la defensa del Pi y el arroz.