Recovery of apple trees from apple proliferation was studied by combining ultrastructural, cytochemical, and gene expression analyses to possibly reveal changes linked to recovery-associated resistance. When compared with either healthy or visibly diseased plants, recovered apple trees showed abnormal callose and phloem-protein accumulation in their leaf phloem. Although cytochemical localization detected Ca2+ ions in the phloem of all the three plant groups, Ca2+ concentration was remarkably higher in the phloem cytosol of recovered trees. The expression patterns of five genes encoding callose synthase and of four genes encoding phloem proteins were analyzed by quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction. In comparison to both healthy and diseased plants, four of the above nine genes were remarkably upregulated in recovered trees. As in infected apple trees, phytoplasma disappear from the crown during winter, but persist in the roots, and it is suggested that callose synthesis/deposition and phloem-protein plugging of the sieve tubes would form physical barriers preventing the recolonization of the crown during the following spring. Since callose deposition and phloem-protein aggregation are both Ca2+-dependent processes, the present results suggest that an inward flux of Ca2+ across the phloem plasma membrane could act as a signal for activating defense reactions leading to recovery in phytoplasma-infected apple trees.

Il recupero di alberi di melo dalla malattia degli scopazzi (apple proliferation, AP) è stato studiato combinando analisi di tipo ultrastrutturale, citochimico, e di espressione genica, al fine di rivelare eventuali cambiamenti legati al alla resistenza associata al redupero. Quando confrontate con quelle sane o con quelle visibilmente malate, le folgie di piante di melo recuperate mostravano accumuli floematici abnormali di callosio e di proteina floematica. Sebbene la localizzazione citochimica rivelasse ioni Ca2+ in tutti e tre i gruppi di piante, la concentrazione di Ca2+ più elevata citosol del floema delle piante recuperate. Il pattern di espressione di cinque geni codificanti per callosio sintasi e di quattro geni codificanti per proteina floematica sono stati analizzati per reazione a catena della polimerasi quantitativa a trascrizione inversa in tempo . reale. In confronto alle piante sani ed a quelle malate, quattro dei nove geni erano notevolmente sovra regolati nelle piante recuperate. Come per gli alberi di mele infetti, i citoplasmi scompaiono dalla parte aerea durante l’inverno, ma persistono nelle radici, e si suggerisce che la deposizione di callosio e l’ostruzione dei vasi cribrosi da parte della proteina floematica possano costituire barriere fisiche che impediscono la ricolonizzazione della chioma durante la primavera seguente. Poiché sia la deposizione del callosio che l’aggregazione della proteina floematica sono entrambi processi9 Ca2+ -dipendenti, i risultati qui riportati suggeriscono che un influsso di Ca2+ attraverso il plasma lemma del floema possa agire da segnale per l’attivazione di reazioni di difesa capaci di indurre recupero in alberi di melo infetti da fitoplasmi.

Phloem cytochemical modification and gene expression following the recovery of apple plants from apple proliferation disease

BADIANI, Maurizio;
2010

Abstract

Il recupero di alberi di melo dalla malattia degli scopazzi (apple proliferation, AP) è stato studiato combinando analisi di tipo ultrastrutturale, citochimico, e di espressione genica, al fine di rivelare eventuali cambiamenti legati al alla resistenza associata al redupero. Quando confrontate con quelle sane o con quelle visibilmente malate, le folgie di piante di melo recuperate mostravano accumuli floematici abnormali di callosio e di proteina floematica. Sebbene la localizzazione citochimica rivelasse ioni Ca2+ in tutti e tre i gruppi di piante, la concentrazione di Ca2+ più elevata citosol del floema delle piante recuperate. Il pattern di espressione di cinque geni codificanti per callosio sintasi e di quattro geni codificanti per proteina floematica sono stati analizzati per reazione a catena della polimerasi quantitativa a trascrizione inversa in tempo . reale. In confronto alle piante sani ed a quelle malate, quattro dei nove geni erano notevolmente sovra regolati nelle piante recuperate. Come per gli alberi di mele infetti, i citoplasmi scompaiono dalla parte aerea durante l’inverno, ma persistono nelle radici, e si suggerisce che la deposizione di callosio e l’ostruzione dei vasi cribrosi da parte della proteina floematica possano costituire barriere fisiche che impediscono la ricolonizzazione della chioma durante la primavera seguente. Poiché sia la deposizione del callosio che l’aggregazione della proteina floematica sono entrambi processi9 Ca2+ -dipendenti, i risultati qui riportati suggeriscono che un influsso di Ca2+ attraverso il plasma lemma del floema possa agire da segnale per l’attivazione di reazioni di difesa capaci di indurre recupero in alberi di melo infetti da fitoplasmi.
Recovery of apple trees from apple proliferation was studied by combining ultrastructural, cytochemical, and gene expression analyses to possibly reveal changes linked to recovery-associated resistance. When compared with either healthy or visibly diseased plants, recovered apple trees showed abnormal callose and phloem-protein accumulation in their leaf phloem. Although cytochemical localization detected Ca2+ ions in the phloem of all the three plant groups, Ca2+ concentration was remarkably higher in the phloem cytosol of recovered trees. The expression patterns of five genes encoding callose synthase and of four genes encoding phloem proteins were analyzed by quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction. In comparison to both healthy and diseased plants, four of the above nine genes were remarkably upregulated in recovered trees. As in infected apple trees, phytoplasma disappear from the crown during winter, but persist in the roots, and it is suggested that callose synthesis/deposition and phloem-protein plugging of the sieve tubes would form physical barriers preventing the recolonization of the crown during the following spring. Since callose deposition and phloem-protein aggregation are both Ca2+-dependent processes, the present results suggest that an inward flux of Ca2+ across the phloem plasma membrane could act as a signal for activating defense reactions leading to recovery in phytoplasma-infected apple trees.
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