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Identification and characterization of the Non-race specific Disease Resistance 1 (NDR1) orthologous protein in coffee

Authors :
Geneviève Conejero
Diana Fernandez
Joan Estevan
Louis Bernier
Sébastien Mongrand
Jean-Luc Cacas
Anne-Sophie Petitot
Résistance des plantes aux bio-agresseurs (UMR RPB)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)
Centre d'Étude de la Forêt
Université Laval [Québec] (ULaval)
Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes (BPMP)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Plateforme d'histocytologie et d'imagerie cellulaire végétale (PHIV)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)
Laboratoire de biogenèse membranaire (LBM)
Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Bilateral cooperative agreement between France and Brazil (CAPES-COFECUB n° Sv 555/07)
Université Laval
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Source :
BMC Plant Biology 144 (11), 1-17. (2011), BMC Plant Biology, BMC Plant Biology, BioMed Central, 2011, 11 (144), pp.144. ⟨10.1186/1471-2229-11-144⟩, BMC Plant Biology, BioMed Central, 2011, 11, pp.144. ⟨10.1186/1471-2229-11-144⟩, BMC Plant Biology, Vol 11, Iss 1, p 144 (2011)
Publication Year :
2011

Abstract

Background Leaf rust, which is caused by the fungus Hemileia vastatrix (Pucciniales), is a devastating disease that affects coffee plants (Coffea arabica L.). Disadvantages that are associated with currently developed phytoprotection approaches have recently led to the search for alternative strategies. These include genetic manipulations that constitutively activate disease resistance signaling pathways. However, molecular actors of such pathways still remain unknown in C. arabica. In this study, we have isolated and characterized the coffee NDR1 gene, whose Arabidopsis ortholog is a well-known master regulator of the hypersensitive response that is dependent on coiled-coil type R-proteins. Results Two highly homologous cDNAs coding for putative NDR1 proteins were identified and cloned from leaves of coffee plants. One of the candidate coding sequences was then expressed in the Arabidopsis knock-out null mutant ndr1-1. Upon a challenge with a specific strain of the bacterium Pseudomonas syringae (DC3000::AvrRpt2), analysis of both macroscopic symptoms and in planta microbial growth showed that the coffee cDNA was able to restore the resistance phenotype in the mutant genetic background. Thus, the cDNA was dubbed CaNDR1a (standing for Coffea arabica Non-race specific Disease Resistance 1a). Finally, biochemical and microscopy data were obtained that strongly suggest the mechanistic conservation of the NDR1-driven function within coffee and Arabidopsis plants. Using a transient expression system, it was indeed shown that the CaNDR1a protein, like its Arabidopsis counterpart, is localized to the plasma membrane, where it is possibly tethered by means of a GPI anchor. Conclusions Our data provide molecular and genetic evidence for the identification of a novel functional NDR1 homolog in plants. As a key regulator initiating hypersensitive signalling pathways, CaNDR1 gene(s) might be target(s) of choice for manipulating the coffee innate immune system and achieving broad spectrum resistance to pathogens. Given the potential conservation of NDR1-dependent defense mechanisms between Arabidopsis and coffee plants, our work also suggests new ways to isolate the as-yet-unidentified R-gene(s) responsible for resistance to H. vastatrix.

Details

Language :
English
ISSN :
14712229
Database :
OpenAIRE
Journal :
BMC Plant Biology 144 (11), 1-17. (2011), BMC Plant Biology, BMC Plant Biology, BioMed Central, 2011, 11 (144), pp.144. ⟨10.1186/1471-2229-11-144⟩, BMC Plant Biology, BioMed Central, 2011, 11, pp.144. ⟨10.1186/1471-2229-11-144⟩, BMC Plant Biology, Vol 11, Iss 1, p 144 (2011)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ea02cec29edee37945ac3f678eaec80c