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Patterns of defence gene expression in the tomato–Verticillium interaction

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Abstract:

In a tomato plant infected by Verticillium dahliae, race 1, compatibility or incompatibility appears to be determined in the stem, but little is known about the genes that either regulate or effect critical cellular events. In the present study, microarray and RT-PCR analyses were used to assess changes in tomato mRNA populations during both interactions. Initially, a commercially available DNA chip was used to screen gene expression at a single critical time point after inoculation of resistant and susceptible plants. From the results, the most-affected genes were selected to develop a tomato Verticillium response (TVR) DNA chip for detailed analyses of gene expression for 15d after inoculation. Taken together, over half of the genes on the TVR array exhibited one of three distinct patterns of change, one reflecting a resistant phenotype and two being consistent with a susceptible phenotype. Of particular interest was a cluster of strongly expressed genes belonging to groups 2 and 3 that appeared to be co-ordinately down regulated in infected resistant plants relative to susceptible. Many of these genes encode pathogenesis related (PR) proteins. The data demonstrate that even though complex, the biological system can be standardized sufficiently to allow the reproducible analysis of gene expression in a whole plant system and provide patterns of transcriptional variation that can be used to assess the significance of specific genes in pathogenesis and resistance.

Chez un plant de tomate infecté par le Verticillium dahliae, race 1, la compatibilité ou l'incompatibilité semblent déterminées dans la tige, mais on sait peu de choses au sujet des gènes qui régulent ou conduisent les évènements cellulaires critiques. Les auteurs ont utilisé les analyses de microarrays et de RT-PCR pour évaluer les changements dans des populations mARN de tomates au cours des deux types d'interaction. Au départ, ils ont utilisé une puce ADN disponible commercialement pour tamiser l'expression des gènes à un seul point critique dans le temps, après l'inoculation de plants résistants et susceptibles. À partir des résultats, ils ont sélectionné les gènes les plus affectés pour développer une puce ADN réagissant au Verticillium de la tomate, pour poursuivre les analyses détaillées de l'expression génétique pendant 15 j suite à l'inoculation. Dans leur ensemble, plus de la moitié des gènes de l'array TVR montrent un ou plusieurs patrons distincts, un indiquant un phénotype de résistance et deux congruents avec un phénotype susceptible. On observe en particulier un regroupement de gènes fortement exprimés et appartenant aux groupes deux et trois, semblant réprimé en co-ordination chez les plantes infectées résistantes comparativement aux plantes susceptibles. Plusieurs de ces gènes codent pour des protéines reliées à la pathogenèse (PR). Bien que complexes, les données démontrent que le système biologique peut être suffisamment standardisé pour assurer la reproduction des analyses de l'expression des gènes sur un système de plante entière et fournir des patrons de variation transcriptionnelle pouvant être utilisés pour évaluer la signification des gènes spécifiques à la résistance et à la pathogenèse.

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2009

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  • Published since 1929, this monthly journal features comprehensive research articles and notes in all segments of plant sciences, including cell and molecular biology, ecology, mycology and plant-microbe interactions, phycology, physiology and biochemistry, structure and development, genetics, systematics, and phytogeography. It also publishes commentary and review articles on topics of current interest, contributed by internationally recognized scientists.

    Previously published as the Canadian Journal of Botany
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