Transgenic Citrus sinensis Expressing the Pepper Bs2 R-Gene Shows Broad Transcriptional Activation of Defense Responses to Citrus Canker
https://doi.org/10.3390/agronomy16020187
Abstract
The pepper Bs2 resistance gene confers resistance to susceptible Solanaceae plants against pathogenic strains of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria carrying the avrBs2 avirulence gene. Previously, we generated Bs2-transgenic Citrus sinensis plants that exhibited enhanced resistance to citrus canker caused by Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc), although the underlying mechanisms remained unknown. To elucidate the molecular basis of the early defense response, we performed a comparative transcriptomic analysis of Bs2-expressing and non-transgenic plants 48 h after Xcc inoculation. A total of 2022 differentially expressed genes (DEGs) were identified, including 1356 up-regulated and 666 down-regulated genes. In Bs2-plants, 36.8% of the up-regulated DEGs were associated with defense responses and biotic stress. Functional annotation revealed major changes in genes encoding receptor-like kinases, transcription factors, hormone biosynthesis enzymes, pathogenesis-related proteins, secondary metabolism, and cell wall modification. Among hormone-related pathways, genes linked to ethylene biosynthesis and signaling were the most strongly regulated. Consistently, endogenous ethylene levels increased in Bs2-plants following Xcc infection, and treatment with an ethylene-releasing compound enhanced resistance in non-transgenic plants. Overall, our results indicate the Bs2 expression activates a complex defense network in citrus and may represent a valuable strategy for controlling canker and other Xanthomonas-induced diseases.
Resumen
El gen de resistencia Bs2 del pimiento confiere resistencia a las plantas de solanáceas susceptibles frente a cepas patógenas de Xanthomonas campestris pv. vesicatoria portadoras del gen de avirulencia avrBs2. Anteriormente, generamos plantas transgénicas de Citrus sinensis con Bs2 que mostraban una mayor resistencia al cancro de los cítricos causado por Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc), aunque los mecanismos subyacentes seguían siendo desconocidos. Para dilucidar la base molecular de la respuesta de defensa temprana, realizamos un análisis transcriptómico comparativo de plantas que expresaban Bs2 y plantas no transgénicas 48 horas después de la inoculación con Xcc. Se identificaron un total de 2022 genes expresados diferencialmente (DEG), incluyendo 1356 genes regulados al alza y 666 regulados a la baja. En las plantas Bs2, el 36,8 % de los DEG regulados al alza se asociaron con respuestas de defensa y estrés biótico. La anotación funcional reveló cambios importantes en genes que codifican quinasas similares a receptores, factores de transcripción, enzimas de biosíntesis hormonal, proteínas relacionadas con la patogénesis, metabolismo secundario y modificación de la pared celular. Entre las vías relacionadas con las hormonas, los genes vinculados a la biosíntesis y señalización del etileno fueron los más fuertemente regulados. De manera consistente, los niveles de etileno endógeno aumentaron en las plantas Bs2 tras la infección por Xcc, y el tratamiento con un compuesto liberador de etileno mejoró la resistencia en plantas no transgénicas. En general, nuestros resultados indican que la expresión de Bs2 activa una red de defensa compleja en los cítricos y puede representar una estrategia valiosa para el control