Genetic engineering of plant volatiles in fleshy fruits: pest repellency and disease resistance through D-limonene downregulation in transgenic orange plants.

Los terpenos constituyen el mayor grupo de metabolitos secundarios, siendo componentes de las glandulas de aceites esenciales, de las flores y de las resinas defensivas de plantas aromaticas, a los que proporcionan sus aromas y sabores caracteristicos. Los terpenos volatiles se asocian a la defensa de muchas especies de plantas, animales y microorganismos contra depredadores, patogenos y competidores. Por otra parte, estos compuestos parecen servir como senales para atraer a los polinizadores y agentes dispersores de semillas, asi como a depredadores de plagas. El estudio de compuestos organicos volatiles emitidos durante el desarrollo del fruto y despues del desafio con diferentes agentes bioticos puede ayudar a conocer las interacciones de los frutos carnosos no solo con vertebrados dispersores y depredadores, sino tambien con insectos y microorganismos. Los frutos carnosos son particularmente ricos en volatiles. En los frutos citricos, los monoterpenos son los principales componentes de las glandulas del aceite esencial de la cascara (flavedo), siendo el D-limoneno el mas abundante (hasta 95% en la naranja). Esta caracteristica hace que los citricos sean un buen sistema modelo para el estudio de la funcion de los terpenos en los frutos. La biologia molecular moderna permite la realizacion de experimentos para comprobar la funcion de terpenos por medio del uso de organismos transformados geneticamente en los que se han manipulado los niveles de acumulacion de dichos compuestos. En este trabajo, se ha utilizado un plasmido que alberga el cDNA completo del gen de una limoneno sintasa de citricos (CiTMTSE1) en orientacion antisentido (AS) o sentido (S) para modificar la expresion y la acumulacion de D-limoneno en plantas de naranjo dulce (Citrus sinensis L. Osb.). La acumulacion de D-limoneno en las frutas AS se redujo drasticamente pero la acumulacion de otros terpenos tambien se modifico, afectando a compuestos tales como alcoholes monoterpenos, cuya concentracion se incremento en la cascara de las frutas. Las plantas transformadas fueron morfologicamente indistinguibles de las plantas control (WT) y de las plantas transformadas con el vector vacio (EV). Los frutos transgenicos fueron desafiados con un insecto plaga y con diferentes patogenos para probar si la alteracion de los niveles de acumulacion de estos volatiles daba como resultado una mejora en la respuesta del flavedo frente a plagas y patogenos. Los machos de la mosca mediterranea de la fruta (Ceratitis capitata) expuestos a las frutas AS y EV en ensayos en tunel de viento fueron significativamente mas atraidos por el aroma de los frutos control EV. En otros experimentos de desafio con el hongo de la podredumbre verde Penicillium digitatum y la bacteria causante de la cancrosis de los citricos Xanthomonas axonopodis subsp. citri, las frutas transgenicas con un contenido reducido de D-limoneno mostraron elevada resistencia a estos patogenos. El alto contenido en D-limoneno en la cascara de naranjas maduras puede ser una senal para la atraccion de plagas y microorganismos que podrian estar involucrados en la facilitacion del acceso a la pulpa de los frugivoros dispersores de semillas. El analisis de la expresion genica global en el flavedo de las frutas transgenicas vinculo la disminucion de D-limoneno y la reduccion de la expresion de genes del metabolismo de monoterpenos con la activacion de la expresion de genes implicados en inmunidad innata, incluyendo factores de transcripcion, genes de quinasas implicadas en la entrada de Ca2+ en la celula y genes implicados en la activacion de las cascadas de MAPKs, con la consiguiente activacion de la ruta de senalizacion de acido jasmonico (JA), lo que provoco la activacion del metabolismo de JA y un aumento drastico de la acumulacion de JA en la cascara de la naranja tras el desafio con P. digitatum, lo que explicaria la resistencia al menos a hongos necrotrofos observada en las frutas. Estos resultados indican que la acumulacion de D-limoneno en la cascara de la naranja estaria implicada en la interaccion trofica entre las frutas, insectos y microorganismos, lo cual proporciona una vision mucho mas amplia de las funciones de los terpenos en la naturaleza. Tambien representa una alternativa muy prometedora para incrementar la resistencia o tolerancia de las plantas frente a patogenos y plagas.