# name
Regulación de la homeostasis del hierro durante infección por Magnaporthe oryzae y función de OsNramp6 (Natural resistance-associated macrophage protein 6) en la inmunidad innata y tolerancia a salinidad en arroz

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

# metadata.dc.description.abstract[].value
[spa] El hierro (Fe) es un nutriente esencial para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Sin embargo, el exceso de Fe en las plantas puede causar toxicidad. La acumulación de Fe favorece la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) a través de reacciones redox entre Fe+3 y Fe+2 (reacciones de Haber-Weiss y Fenton). En presencia de H2O2, el Fe+2 se oxida a Fe+3, formando radicales altamente reactivos.
Las especies ROS se producen como un producto normal del metabolismo en plantas y también son cruciales en la respuesta a estreses de tipo abiótico y biótico. En la resistencia de las plantas a enfermedades, las ROS funcionan como un compuesto antimicrobiano, así como moléculas de señalización para la inducción de respuestas inmunitarias. Si bien una producción controlada de ROS puede ser beneficiosa para la planta, su acumulación puede causar daños irreversibles en la célula vegetal a través de la oxidación de biomoléculas, incluyendo los lípidos de membrana, lo que puede conducir a muerte celular.
En este trabajo, se ha demostrado que las plantas de arroz tratadas con una concentración alta de Fe son más resistentes a la infección por el hongo Magnaporthe oryzae, patógeno responsable del tizón del arroz (también conocida como piricularia; blast, en inglés), una de las enfermedades fúngicas más devastadoras del arroz cultivado a nivel mundial. Se investigaron los mecanismos por los cuales el Fe regula la resistencia a la infección por M. oryzae en arroz, centrándose en el estrés oxidativo. Estos estudios revelaron una mayor acumulación de peróxido de hidrógeno (H2O2) en plantas tratadas con una concentración alta de Fe durante la infección con M. oryzae. El aumento en H2O2 va acompañado de una mayor acumulación del radical superóxido (O₂-). El tratamiento con alto Fe también resulta en mayor peroxidación de lípidos. Estos resultados, en combinación con los obtenidos mediante el uso del inhibidor de ferroptosis Fer-1, sugieren que mayor resistencia a la infección por M. oryzae en plantas tratadas con Fe viene determinada por un proceso de ferroptosis.
Por otro lado, confirmando resultados previamente reportados en el laboratorio, se ha comprobado que el gen OsNramp6 (Os01g31870) que codifica para un transportador de hierro tiene una función importante en la resistencia a M. oryzae en plantas de arroz. La caracterización funcional del promotor de OsNramp6 mostró actividad de este promotor en células del mesófilo en hojas de plántulas de arroz, y su actividad aumenta en respuesta al tratamiento con alta concentración de Fe.
El gen OsNramp6 produce múltiples variantes de su ARN mensajero a través de procesamiento alternativo (ocho isoformas de tránscritos). El tránscrito primario da lugar a la proteína completa (l-NRAMP6; long-NRAMP6), mientras que la isoforma más corta genera una proteína truncada en su extremo C-terminal (s-NRAMP6 short-NRAMP6). Ambas proteínas, l-NRAMP6 y s-NRAMP6, son funcionales. En plantas transgénicas de arroz que expresan un gen fusión Nramp6-GFP, la proteína NRAMP6 se localizó en la membrana plasmática de células de arroz, tanto l-NRAMP6 como s-NRAMP6. Además, se ha comprobado que la mutación del gen OsNramp6 mediante la tecnología CRISPR/Cas9 confiere resistencia a la infección por M. oryzae. La resistencia a infección va acompañada de una mayor inducción en la expresión de genes que codifican para proteínas relacionadas con patogénesis (genes PR, Pathogenesis-Related) durante la infección. Las plantas editadas para OsNramp6 también presentan mayor tolerancia a salinidad en comparación con las plantas silvestres. El fenotipo de tolerancia a salinidad va acompañado de una menor acumulación de Na+ en las raíces. En resumen, estos resultados indican que la mutación sobre OsNramp6 mejora la resistencia a la infección por M. oryzae y la tolerancia a salinidad en plantas de arroz.
En su conjunto, los resultados obtenidos en este estudio demuestran la relevancia que tiene el estado nutricional de la planta (particularmente Fe) en la resistencia a infección por patógenos y tolerancia a estrés salino en arroz.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] Iron (Fe) is an essential nutrient for plant growth and development. However, excess Fe in plants can cause toxicity. The accumulation of Fe favors the production of reactive oxygen species (ROS) through redox reactions between Fe+3 and Fe+2 (Haber-Weiss and Fenton reactions). In the presence of H₂O₂, Fe+2 is oxidized to Fe+3, forming highly reactive radicals.
ROS species are produced as a normal product of metabolism in plants and are also crucial in the response to abiotic and biotic stresses. In plant disease resistance, ROS function as an antimicrobial compound as well as signaling molecules for the induction of immune responses. While a controlled production of ROS can be beneficial to the plant, their accumulation can cause irreversible damage to the plant cell through oxidation of biomolecules, including membrane lipids, which can lead to cell death.
In this work, it was demonstrated that rice plants treated with a high concentration of Fe are more resistant to infection by the fungus Magnaporthe oryzae, the pathogen responsible for rice blast, one of the most devastating fungal diseases of cultivated rice worldwide. The mechanisms by which Fe regulates resistance to M. oryzae infection in rice were investigated, focusing on oxidative stress. These studies revealed that treatment with a high concentration of Fe causes an increase in the accumulation of hydrogen peroxide (H2O2) during M. oryzae infection. The increase in H2O2 is accompanied by a higher accumulation of superoxide radical (O2-). High Fe treatment also increases membrane lipid peroxidation. These results, in combination with those obtained using the ferroptosis inhibitor Fer-1, suggest that increased resistance to M. oryzae infection in Fe-treated plants is determined by a ferroptosis process.
On the other hand, confirming results previously reported in the laboratory, it has been shown that the OsNramp6 gene (Os01g31870), which codes for an iron transporter, plays an important role in resistance to M. oryzae in rice plants. Functional characterization of the OsNramp6 promoter showed activity of this promoter in mesophyll cells in rice seedling leaves, and its activity increases in response to treatment with high Fe concentration.
The OsNramp6 gene produces multiple transcript variants through alternative processing (eight transcript isoforms). The primary transcript gives rise to the complete protein (l-NRAMP6; long-NRAMP6), whereas the shorter isoform generates a protein truncated at its C-terminal end (s-NRAMP6 short-NRAMP6). Both, l-NRAMP6 and s-NRAMP6 proteins are functional. In transgenic rice plants expressing a Nramp6-GFP fusion gene, NRAMP6 protein localizes to the plasma membrane of rice cells, both l-NRAMP6 and s-NRAMP6. In addition, mutation of the OsNramp6 gene by CRISPR/Cas9 technology has been shown to confer resistance to M. oryzae infection. Resistance to infection is accompanied by increased induction in the expression of genes encoding Pathogenesis-Related proteins (PR, Pathogenesis-Related) during infection. OsNramp6-edited plants also exhibit increased salinity tolerance compared to wild-type plants. The salinity tolerance phenotype is accompanied by lower Na+ accumulation in the roots. In summary, these results indicate that mutation on OsNramp6 improves resistance to M. oryzae infection and salinity tolerance in rice plants.
 
Overall, results obtained in this study demonstrate the relevance of the plant nutritional status (particularly Fe) in conferring resistance to pathogen infection and tolerance to salt stress in rice.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] El ferro (Fe) és un nutrient essencial per al creixement i desenvolupament de les plantes. No obstant això, l'excés de Fe en les plantes pot causar toxicitat. L'acumulació de Fe afavoreix la producció d'espècies reactives d'oxigen (ROS) a través de reaccions redox entre Fe+3 i Fe+2 (reaccions d'Haver-Weiss i Fenton). En presència de H2O2, el Fe+2 s'oxida a Fe+3, formant radicals altament reactius.
Les espècies ROS es produeixen com un producte normal del metabolisme en plantes i també són crucials en la resposta a estressos de tipus abiòtic i biòtic. En la resistència de les plantes a malalties, les ROS funcionen com un compost antimicrobià, així com molècules de senyalització per a la inducció de respostes immunitàries. Si bé una producció controlada de ROS pot ser beneficiosa per a la planta, la seva acumulació pot causar danys irreversibles en la cèl·lula vegetal a través de l'oxidació de biomolècules, incloent-hi els lípids de membrana, la qual cosa pot conduir a mort cel·lular.
En aquest treball, s'ha demostrat que les plantes d'arròs tractades amb una concentració alta de Fe són més resistents a la infecció pel fong Magnaporthe oryzae, patogen responsable del fumall de l'arròs (també coneguda com piricularia; blast, en anglès), una de les malalties fúngiques més devastadores de l'arròs conreat a nivell mundial. Es van investigar els mecanismes pels quals el Fe regula la resistència a la infecció per M. oryzae en arròs, centrant-se en l'estrès oxidatiu. Aquests estudis van revelar una major acumulació de peròxid d'hidrogen (H2O2) en plantes tractades amb una concentració alta de Fe durant la infecció amb M. oryzae. L'augment en H2O2 va acompanyat d'una major acumulació del radical superòxid (O2-). El tractament amb alt Fe també resulta en major peroxidació de lípids. Aquests resultats, en combinació amb els obtinguts mitjançant l'ús de l'inhibidor de ferroptosis Fer-1, suggereixen que major resistència a la infecció per M. oryzae en plantes tractades amb Fe ve determinada per un procés de ferroptosis.
D'altra banda, confirmant resultats prèviament reportats en el laboratori, s'ha comprovat que el gen OsNramp6 (Os01g31870) que codifica per a un transportador de ferro té una funció important en la resistència a M. oryzae en plantes d'arròs. La caracterització funcional del promotor de OsNramp6 va mostrar activitat d'aquest promotor en cèl·lules del mesòfil en fulles de plàntules d'arròs, i la seva activitat augmenta en resposta al tractament amb alta concentració de Fe.
El gen OsNramp6 produeix múltiples variants del seu ARN missatger a través de processament alternatiu (vuit isoformes de transcrits). El transcrit primari dona lloc a la proteïna completa (l-NRAMP6; long-NRAMP6), mentre que la isoforma més curta genera una proteïna truncada en el seu extrem C-terminal (s-NRAMP6 short-NRAMP6). Totes dues proteïnes, l-NRAMP6 i s-NRAMP6, són funcionals. En plantes transgèniques d'arròs que expressen un gen fusió Nramp6-GFP, la proteïna NRAMP6 es localitza en la membrana plasmàtica de cèl·lules d'arròs, tant l-NRAMP6 com s-NRAMP6. A més, s'ha comprovat que la mutació del gen OsNramp6 mitjançant la tecnologia CRISPR/Cas9 confereix resistència a la infecció per M. oryzae. La resistència a infecció va acompanyada d'una major inducció en l'expressió de gens que codifiquen per a proteïnes relacionades amb patogènesis (gens PR, Pathogenesis-Related) durant la infecció. Les plantes editades per a OsNramp6 també presenten major tolerància a salinitat en comparació amb les plantes silvestres. El fenotip de tolerància a salinitat va acompanyat d'una menor acumulació de Na+ en les arrels. En resum, aquests resultats indiquen que la mutació sobre OsNramp6 millora la resistència a la infecció per M. oryzae i la tolerància a salinitat en plantes d'arròs.
En el seu conjunt, els resultats obtinguts en aquest estudi demostren la rellevància que té l'estat nutricional de la planta (particularment Fe) en la resistència a infecció per patògens i tolerància a estrès salí en arròs.

# metadata.dc.rights[].value
(c) Mateluna Cuadra, Roberto Andrés, 2025

# metadata.dc.source[].value
Tesis Doctorals - Facultat - Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

# metadata.dc.title[].value
Regulación de la homeostasis del hierro durante infección por Magnaporthe oryzae y función de OsNramp6 (Natural resistance-associated macrophage protein 6) en la inmunidad innata y tolerancia a salinidad en arroz