Epigenetic marks in Grapevine – Plasmopara viticola interaction: The role of DNA Methyltransferases

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, Gonçalo Nuno Rodrigues
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.5/30057
Resumo: Mestrado em Biologia dos Recursos Vegetais. Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia, Faculdade de Ciências
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spelling Epigenetic marks in Grapevine – Plasmopara viticola interaction: The role of DNA MethyltransferasesVitis viniferaplasmopara viticolaepigeneticsmethylationDNA methyltransferasesepigenéticametilaçãoDNA metiltransferasesMestrado em Biologia dos Recursos Vegetais. Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia, Faculdade de CiênciasVitis vinifera L. is known for being one of the most cultivated crops worldwide, with about 7.5 million hectares of production. Of all the possible uses, wine production is the most common and exceptionally relevant practice in several countries. However, the cultivated grapevine, Vitis vinifera, is susceptible to a considerable number of pathogens, such as downy mildew, which negatively influences the quality and yield of grapevine, thus affecting wine production. Downy mildew disease, caused by the biotrophic oomycete Plasmopara viticola (Berk. et Curt.) Berl. et de Toni, was accidentally introduced in Europe in the 19th century. After spreading throughout the European wine regions, the presence of this pathogen led to severe production losses. Currently, the preventive use of phytochemical compounds on each growing season is the strategy selected to deal with this disease, leading to high environmental, economic and health costs. Therefore, characterization of the resistance of some Vitis species and V. vinifera genotypes to Plasmopara viticola is necessary in order to define sustainable control measures for this disease. Epigenetic modifications are important in inducing phenotypic diversity, including in plant resistance responses, by controlling defense-related gene expression levels. In this work, it was possible to identify and characterize nine DNA methyltransferases genes present in Vitis vinifera. These genes are distributed in eight of the nineteen known chromosomes of Vitis, and some are located near genes that are associated with Vitis vinifera resistance against P. viticola. It was possible to classify the identified methyltransferases into four groups already known in plants, namely methyltransferase (MET), chromomethylases (CMT), domains rearranged methyltransferase (DRM), and DNA methyltransferase homolog (DNMT). Global DNA methylation patterns were determined and correlated with the expression of DNA methyltransferases genes in two distinct cultivars of Vitis vinifera, tolerant and susceptible, after inoculation with P. viticola. The levels of genomic DNA methylation observed for both cultivars were distinct. The expression of the identified methyltransferases showed some evidence of presence in the regulation of methylation during the interaction between grapevine and downy mildew. The results obtained suggested that there was a relationship between hypomethylation and the cultivar tolerant to the pathogen. Thus, two genes were shown to be involved in the epigenetic modulation associated with the establishment of the incompatible interaction. Further studies will have to be carried out in the framework of better understanding the methylation patterns of DNA methyltransferases genes in grapevine leaves.Vitis vinifera L. é conhecida mundialmente por ser uma das plantas mais cultivadas, com cerca de 7,5 milhões de hectares de produção. De todas as utilidades possíveis, a produção de vinho é a prática mais comum e é excecionalmente relevante em vários países. No entanto, a videira encontra-se sujeita a um número considerável de patógenos que influenciam de forma negativa a qualidade e rendimento da vinha, afetando assim a sua produção. A doença do míldio, causada pelo oomycete biotrófico Plasmopara viticola (Berk. et Curt.) Berl. et de Toni, foi introduzido na Europa acidentalmente no século XIX. Após a sua dispersão neste continente, a presença deste patógeno levou a graves perdas de produção. Atualmente, as estratégias usadas para lidar com esta doença dependem do uso preventivo de compostos fitoquímicos em cada época de cultivo, representando elevados custos ambientais, económicos e sanitários. Assim sendo, é necessária a caracterização da resistência de algumas espécies de Vitis e genótipos de V. vinifera ao Plasmopara viticola de forma a definir medidas sustentáveis de controlo a esta doença. As modificações epigenéticas são importantes na indução da diversidade fenotípica, incluindo em respostas de resistência das plantas, através do controlo dos níveis de expressão genética relacionados com a defesa. Neste trabalho foi possível identificar e caracterizar nove genes de DNA metiltransferases presentes em Vitis vinifera. Estes genes encontram-se distribuídos em oito dos dezanove cromossomas conhecidos de Vitis, estando alguns localizados perto de genes que estão associados à resistência de Vitis vinifera contra o P. viticola. Foi possível agrupar as metiltransferases identificadas em quatro grupos já conhecidos em plantas, nomeadamente methyltransferase (MET), chromomethylases (CMT), domains rearranged methyltransferase (DRM), e DNA methyltransferase homolog (DNMT). Foram determinados e correlacionados os padrões globais de metilação de DNA com a expressão dos genes de DNA metiltransferases em duas cultivares distintas de Vitis vinifera, tolerante e suscetível, após inoculação com o Plasmopara viticola. Os níveis de metilação do DNA genómico observado para ambas as cultivares foi distinto. A expressão das metiltransferases estudadas apresentou alguns indícios de presença na regulação da metilação durante a interação entre a videira e o míldio. Os resultados obtidos sugeriram haver uma relação entre a hipometilação e a cultivar tolerante ao patógeno. Deste modo, dois genes demonstraram poder estar envolvidos na modulação epigenética associada ao estabelecimento da interação incompatível. Novos estudos terão que ser realizados no âmbito de melhor compreender os padrões de metilação dos genes da família de metiltransferases nas folhas de videira.Instituto Superior de Agronomia, Universidade de LisboaFigueiredo, AndreiaLoureiro, AndreiaRepositório da Universidade de LisboaPereira, Gonçalo Nuno Rodrigues2024-03-01T01:30:29Z2021-11-152021-11-15T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.5/30057engPereira, G.N.R. Epigenetic marks in Grapevine – Plasmopara viticola interaction: The role of DNA Methyltransferases. Lisboa: ISA-Universidade de Lisboa, 2021. 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