Pectin Methylesterase Inhibitors in Plant Defence Against Pathogens

The plant cell wall is a physical barrier against pathogens and its modification is often associated to changes in plant defence responses. Pectin is responsible for mechanical properties of the wall such as porosity, adhesion and rigidity and is the substrate of pectin-degrading enzymes such as polygalacturonases and pectin methylesterases (PMEs). The action of these enzymes is prerequisite for subsequent cell wall degradation by other polysaccharide degrading enzymes. Pectin is secreted into the wall in a highly methylesterified form and subsequently de-esterified in muro by PME. The level and pattern of pectin methylesterification play a role in constitutive resistance to fungal and bacterial pathogens influencing the susceptibility of the wall to microbial pectin-degrading enzymes. PME activity is finely regulated by the presence of multiple enzyme isoforms and by the action of pectin-methylesterase inhibitors (PMEI). PMEI over-expression has been used to stably increase pectin methylesterification and decrease PME activity in Arabidopsis plants. Transformed plants, so far resulted more resistant to the necrotrophic fungus Botrytis cinerea, have been also found less susceptible to the soft rot pathogen Pectobacterium carotovorum. Also a knockout of a selected PME isoform has been found less susceptible to bacterial infection. On the other hand, plant PME has been shown to interact with viral movement protein (MP) of some viruses and in the case of Tobacco mosaic virus (TMV) this interaction has been shown to be important for cell-to-cell and systemic spread of the virus through the plant. However, the role of the PME-MP interaction to virus movement has not been elucidated. Because PME is finely regulated in planta by several factors, including proteinaceous inhibitors, Arabidopsis plants over-expressing PMEIs have been analysed for the Turnip vein clearing virus (TVCV) propagation in comparison with untransformed plants and obtained data reveal an alteration of the virus spreading in Arabidopsis plants overexpressing a PME inhibitor. In addition, a plant PME interacting with TVCV MP has been detected.

La parete cellulare costituisce una barriera fisica contro i patogeni e le sue modificazioni sono spesso associate a cambiamenti nelle risposte di difesa delle piante. La pectina è responsabile delle proprietà meccaniche della parete come porosità, adesione e rigidità ed è il substrato di enzimi degradativi come poligalatturonasi e pectine metilesterasi. L’azione di questi enzimi è il prerequisito per la degradazione della parete da parte di altri enzimi. Le pectine sono sintetizzate come polimeri altamente metilesterificati e secrete nello spazio apoplastico dove sono de-esterificate dalla pectina metilesterasi. Evidenze sperimentali indicano che il livello e pattern di metilazione delle pectine svolge un ruolo nella resistenza costitutiva della pianta a patogeni batterici e fungini. La regolazione dell’attività della PME è determinata sia dalla differente espressione di isoforme diverse che ad opera di inibitori proteici dell’enzima (PMEI). La sovraespressione di PMEI è stata impiegata per ottenere un incremento della metilesterificazione delle pectine in piante di Arabidopsis. La riduzione dell’attività metilesterasica totale, associata all’incremento del grado di metilesterificazione delle pectine rispetto alle piante di tipo selvatico, ha comportato nelle linee transgeniche per gli inibitori una significativa riduzione della suscettibilità a due agenti di marciume, Pectobacterium carotovorum e Botrytis cinerea. E’ risultata anche significativamente diminuita la suscettibilità al betterio P. carotovorum in un mutante “knockout” per un’isoforma di PME. Studi recenti hanno evidenziato che la PME di pianta riveste un ruolo attivo nel movimento cellula-cellula e sistemico del TMV interagendo con la proteina di movimento codificata dal virus. Tuttavia il ruolo della interazione PME-MP riguardo il movimento non è stato fino ad ora chiarito. Con lo scopo di studiare le possibili interferenze della PMEI durante il processo di infezione virale, le piante di Arabidopsis sovraesprimenti inibitori di pectina metilesterasi sono state analizzate per la resistenza a un tobamovirus delle crocifere (TVCV) e i risultati ottenuti hanno evidenziato una alterazione nella diffusione sistemica del virus in piante di Arabidopsis sovraesprimenti un inibitore di PME rispetto alle piante di tipo selvatico.