O modelo de interação planta-patógeno de Arabidopsis thaliana-Pseudomonas syringae pv. tomate DC3000 (Pst) tem sido amplamente utilizado para entender os processos celulares e moleculares na interação de plantas com bactérias patogênicas (Xin & He, 2013).
Os sintomas que as plantas desenvolvem devido à infecção por Pst se apresentam como regiões de necrose localizada, cercadas por zonas cloróticas, mais evidentes nas fases finais da infecção.
O reconhecimento da bactéria através de moléculas associadas à sua estrutura (PAMPs em inglês) por receptores específicos da membrana celular da planta desencadeia diversas respostas moleculares e bioquímicas na célula vegetal, impactando a imunidade inata da planta. A produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), como peróxido de hidrogênio (H₂O₂) e o ânion radical superóxido (O₂-), é essencial na defesa da planta contra patógenos como Pst. A produção de EROs resulta da atividade de várias enzimas, como peroxidases de classe III da parede celular, a enzima RBOH, as amina oxidases dependentes de cobre (DAOs) e as poliamina oxidases dependentes de flavina (PAOs), entre outras (Camejo et al., 2016; Kámán-Tóth et al., 2019).
As poliaminas (PAs) são aminas alifáticas de baixo peso molecular com funções moleculares e fisiológicas importantes. Nas plantas, as PAs participam na regulação do crescimento, desenvolvimento e resposta ao estresse biótico e abiótico (Tiburcio et al., 2014). As principais PAs são putrescina (Put), espermidina (Spd) e espermina (Spm), e são sintetizadas a partir de precursores. Os níveis celulares de PAs são rigorosamente regulados por síntese, catabolismo, conjugação com ácidos hidroxicinâmicos e transporte (Baron & Stasolla, 2008). Os membros das amina oxidases multienzimáticas DAO e PAO são responsáveis pelo catabolismo das PAs, cada enzima tendo afinidade específica por cada poliamina.
Em Arabidopsis, as DAOs estão localizadas no espaço extracelular e nos peroxissomas, e participam da oxidação de Put e Spd, produzindo aminoaldeídos, amônia e H₂O₂ (Planas-Portell et al., 2013). As PAOs oxidam as PAs superiores, como Spd e Spm, por catabolismo terminal ou por retroconversão. O catabolismo terminal de Spd e Spm envolve a oxidação do carbono no lado exo do nitrogênio N4, com a produção concomitante de aminoaldeídos, 1,3-diaminopropano (1,3-Dap) e H₂O₂. No catabolismo de PAs por retroconversão, o carbono do lado exo do nitrogênio N4 de Spd e Spm é oxidado, produzindo Put e Spd, respectivamente, junto com 1,3-Dap e H₂O₂ (Moschou & Roubelakis-Angelakis, 2013; Moschou, Sanmartin, et al., 2008).
Em A. thaliana, foram identificados cinco genes que codificam PAOs. AtPAO1 e AtPAO5 estão localizados no citosol, enquanto AtPAO2, AtPAO3 e AtPAO4 estão em enzimas peroxissomais (Bordenave et al., 2019; Takahashi et al., 2010). Em Arabidopsis, foram identificados dez genes que codificam proteínas RBOH. A enzima RBOH é uma enzima transmembranar e está envolvida na produção de O₂-, que dismuta espontaneamente em H₂O₂ ou pela ação da enzima superóxido dismutase (SOD) (Liu & He, 2016). As enzimas AtRBOHD e AtRBOHF são importantes para a produção de EROs em resposta ao ataque de patógenos e para desencadear a sinalização que visa gerar uma morte celular programada.
Durante a interação Arabidopsis-Pst, a rápida produção de EROs ocorre como efeito da resposta imune mediada por PAMPs, que desencadeia a ativação de diferentes cinases, como as MAPKs. Essa produção depende principalmente da ativação de AtRBOHD, levando ao acúmulo de H₂O₂, um importante mecanismo de defesa para evitar a proliferação de patógenos (Liu & He, 2016). Derivado do catabolismo de PAs, a oxidação de Spm e a subsequente produção de H₂O₂ têm se mostrado fundamentais na defesa da planta contra o ataque de patógenos. A inibição da atividade PAO pode contribuir para aumentar a suscetibilidade de Arabidopsis à infecção por Pseudomonas viridiflava (Gonzalez et al., 2011).
Portanto, sugere-se que a defesa da planta depende do aumento dos níveis de H₂O₂ derivados da oxidação de Spm, implicando que o catabolismo de PAs é um componente essencial da resposta de defesa (Gonzalez et al., 2011). Neste estudo, o papel dos genes AtPAO1 e AtPAO2 na interação Arabidopsis-Pst foi analisado. Os perfis de expressão dos cinco genes AtPAO foram analisados, encontrando que a expressão de AtPAO1 e AtPAO2 é aumentada nas folhas de plântulas de Arabidopsis infectadas por Pst aos 24 hpi. A regulação transcricional dos genes PAO foi observada em diferentes tipos de interações planta-patógeno. Este estudo evidencia a importância da expressão dos genes PAO na resposta ao estresse biótico, particularmente na análise dos genes AtPAO1 e AtPAO2 na interação Arabidopsis-Pst.
