Fine-tune regulatory mechanisms required for efficient defenses to herbivores
Authors:   , Rosa Díaz Irene 
Published: April 2024

Plants face challenges from both environmental factors and herbivorous pests, leading to significant yield losses. When detecting herbivores, plants activate specific immune responses through complex transcriptional reprogramming events, orchestrated by dynamic networks responsive to various signals.

In this comprehensive investigation, we have delved into the intricate mechanisms that plants employ to defend themselves against herbivorous pests, with a particular focus on two significant culprits: the highly polyphagous mite, Tetranychus urticae, the main arthropod target of our investigation, and the globally dispersed Piers brassicae butterfly caterpillars. Our research has been cantered on the model plant Arabidopsis thaliana, which is susceptible to both species and offers valuable tools for studying these defensive processes.

Our study has emphasized the crucial role of nitric oxide (NO) in plant defense against pests. NO serves as a signalling molecule, metabolic intermediate, and toxic oxidative product, contributing significantly to the plant's defense against insects and mites. This understanding has enhanced our insight into the plant's defensive strategies.

Furthermore, we have unravelled the intricate interplay of hormones, such as jasmonic acid (JA) and abscisic acid (ABA), in regulating defense responses. Our study has shed light on JA catabolism and its impact on plant defense, along with investigating the influence of ABA and stomatal behaviour in the face of T. urticae attacks. These findings have deepened the understanding of the hormonal regulation underlying plant resistance strategies.

Additionally, our research has explored the realm of post-transcriptional gene silencing, particularly driven by microRNAs and resistance (R) genes. By elucidating the role of the miR825-5p in regulating gene expression of target-Nucleotide-binding, Leucine-rich domains (NLRs), involved in the plant arthropod interplay and dissecting the molecular mechanisms behind, we have uncovered vital components of the plant's defense toolkit.

In summary, our comprehensive study not only has unveiled the molecular intricacies of plant defense against herbivorous pests but has also provided critical insights into potential strategies for enhancing plant resilience and agricultural pest management practices.

RESUMEN

Las plantas se enfrentan desafíos tanto de factores ambientales como de plagas. Al detectar herbívoros, las plantas activan respuestas inmunes específicas a través de eventos de reprogramación transcripcional complejos, orquestados por redes dinámicas sensibles a diversas señales.

En esta investigación, exploramos los mecanismos que las plantas emplean para defenderse contra dos las plagas: el ácaro altamente polífago Tetranychus urticae, el principal artrópodo diana de nuestra investigación, y las orugas de la mariposa Pieris brassicae. Nuestra investigación se ha centrado en la planta modelo Arabidopsis thaliana, que es susceptible a ambas especies y ofrece herramientas valiosas para estudiar estos procesos defensivos.

Nuestro estudio ha destacado el papel crucial del óxido nítrico (NO) en la defensa de las plantas contra las plagas. El NO actúa como molécula señalizadora, intermediario metabólico y producto oxidativo tóxico, contribuyendo significativamente a la defensa de la planta contra insectos y ácaros.

Además, hemos desentrañado la compleja interacción de hormonas, como el ácido jasmónico (JA) y el ácido abscísico (ABA), en la regulación de las respuestas defensivas. Nuestro estudio ha arrojado luz sobre el catabolismo del JA y su impacto en la defensa de la planta, junto con la influencia del ABA y el comportamiento estomático frente al ataque de T. urticae.

Adicionalmente, nuestra investigación ha explorado el ámbito del silenciamiento génico post-transcripcional, impulsado especialmente por microARNs y genes de resistencia (R), profundizando en el papel del miR825-5p como regulador de la expresión de genes diana Nucleotide-binding Leucine-rich domains (NLRs), implicados en la interacción planta-fitófago, y analizando los mecanismos moleculares que los sustentan.

En resumen, nuestro estudio llevado a cabo de forma exhaustiva no solo ha revelado las complejidades moleculares de la defensa de las plantas contra las plagas herbívoras, sino que también ha proporcionado conocimientos críticos sobre posibles estrategias para mejorar la resistencia de las plantas y las prácticas de manejo de plagas agrícolas.