Harnessing Plant Biotechnology for Enhanced Disease Resistance: Insights into Biopriming, Biopesticides, and Epigenetic Memory Mechanisms
Authors:   , Soudani Serine 
Published: September 2024

This thesis delves into innovative biological approaches aimed at improving plant resistance against high impact phytopathogens in both forest and non-forest settings. Specifically, it involves the use of Artemisia absinthium essential oil (AEO) as a natural treatment to enhance tomato resistance against the fungal phytopathogen Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici (Fol), achieved through biopriming and the induction of epigenetic-related transcriptional changes. Additionally, a methodology was developed for the "in vitro" study of the transcriptional response of Quercus suber (Qs) clones to the oomycete pathogen Phytophthora cinnamomi Rands (Pc). Furthermore, the thesis explores the resistance of transgenic Quercus suber explants overexpressing antimicrobial compounds.

Overall Thesis Objective:

This thesis endeavors to advance the field of plant biotechnology by showcasing the effectiveness of biological methods in strengthening plants against phytopathogens. Natural products are used as treatments to induce an epigenetic effect on the plant. The goal is to provide a thorough understanding of the molecular mechanisms involved in enhancing plant resistance. This research sets the stage for the development of sustainable and eco-friendly strategies in agriculture. Additionally, a methodology "in vitro" is presented to enable the comparative study of resistance to Phytophthora cinnamomi in Quercus species.

Chapter 1: Utilizing Artemisia absinthium Essential Oil to improve resistance by producing Epigenetic changes in Tomato Plants

The first chapter investigates the application of AEO to modulate the epigenetic landscape of tomato plants, specifically targeting Fol resistance. Through detailed analyses, including DNA and RNA modification and gene expression studies, we aim to elucidate the molecular mechanisms underlying the enhanced resistance of tomato plants to Fol Following treatment with AEO.

Chapter 2: Epigenetic Insights into Quercus suber Response to Pc Infection

The second chapter delves into the epigenetic dynamics of Qs during infection with Pc. In this chapter a protocol was established to assess Qs resistance to this oomycete through in vitro comparative analysis among different clones. This method facilitated the characterization of plants molecular response to Pc. This investigation aims to uncover the molecular intricacies of the plant's response, providing valuable insights into potential epigenetic mechanisms that contribute to enhanced resistance against Pc. Additionally, the same method was employed to determine the plants resistance to genetically modified Qs explants overexpressing antimicrobials.

RESUMEN

Esta tesis explora enfoques biológicos innovadores destinados a mejorar la resistencia de las plantas contra fitopatógenos de alto impacto tanto en entornos forestales como no forestales. Específicamente, implica el uso del aceite esencial de Artemisia absinthium (AEO) como tratamiento natural para mejorar la resistencia del tomate frente al fitopatógeno fúngico Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici (Fol), logrado mediante la biopriming y la inducción de cambios transcripcionales relacionados con la epigenética. Además, se desarrolló una metodología para el estudio "in vitro" de la respuesta transcripcional de clones de Quercus suber (Qs) al patógeno oomiceto Phytophthora cinnamomi Rands (Pc). Además, la tesis explora la resistancia de explantes transgénicos de Quercus suber que sobreexpresan compuestos antimicrobianos.

Objetivo general de la tesis:

Esta tesis se propone avanzar en el campo de la biotecnología vegetal al mostrar la efectividad de los métodos biológicos en el fortalecimiento de las plantas contra fitopatógenos. Se utilizan productos naturales como tratamientos para inducir un efecto epigenético en la planta. El objetivo es proporcionar una comprensión detallada de los mecanismos moleculares involucrados en la mejora de la resistencia de las plantas. Esta investigación sienta las bases para el desarrollo de estrategias sostenibles y respetuosas con el medio ambiente en la agricultura. Además, se presenta una metodología "in vitro" para facilitar el estudio comparativo de la resistancia a Phytophthora cinnamomi en especies de Quercus.

Capítulo 1: Utilización del aceite esencial de Artemisia absinthium para mejorar la resistencia mediante la producción de cambios epigenéticos en las plantas de tomate.

El primer capítulo investiga la aplicación de AEO para modular el paisaje epigenético de las plantas de tomate, centrándose específicamente en la resistencia a Fol. A través de análisis detallados, incluidos estudios de modificación de ADN y ARN y expresión génica, nuestro objetivo es elucidar los mecanismos moleculares que subyacen a la resistencia mejorada de las plantas de tomate a Fol después del tratamiento con AEO. Capítulo 2: Ideas epigenéticas sobre la respuesta de Quercus suber a la infección por Pc. El segundo capítulo profundiza en la dinámica epigenética de Qs durante la infección con Pc. En este capítulo se estableció un protocolo para evaluar la resistancia de Qs a este oomiceto mediante un análisis comparativo "in vitro" entre diferentes clones. Este método facilitó la caracterización de la respuesta molecular de la planta a Pc. Esta investigación tiene como objetivo descubrir las complejidades moleculares de la respuesta de la planta, proporcionando información valiosa sobre los posibles mecanismos epigenéticos que contribuyen a una resistencia mejorada contra Pc. Además, el mismo método se empleó para determinar la resistencia de la planta a explantes de Qs genéticamente modificados que sobreexpresan antimicrobianos.