Synthetic peptides that target key processes of Xylella fastidiosa and its host for the leaf scorch control in almond plants

Abstract

ENG- Food security is critical for sustaining the growing global population, but it is increasingly threatened by plant diseases that lead to significant food losses. The frequency of emerging and reemerging plant disease outbreaks has risen in recent years, driven by factors like climate change and globalization. One of the most damaging bacterial plant pathogens is Xylella fastidiosa, which attacks economically relevant crops such as grapevine and citrus, almond, and olive trees, causing diseases like Pierce’s disease, citrus variegated chlorosis, almond leaf scorch, and olive quick decline syndrome. Originally from the Americas, X. fastidiosa was detected in Italy in 2013 for the first time. Since then, it has spread to other European countries, including France and Spain, posing a serious threat to important agricultural industries. In Europe alone, the economic impact of this pathogen is estimated at 5.5 billion euros annually, highlighting the urgent need for effective control measures. The main spreading mechanism of the bacterium is through vectors, specifically insects. Currently, there are no effective treatments for plants infected with X. fastidiosa, so most control strategies focus on preventing the spread of the bacterium by controlling its vector. Although several strategies are under research, no therapeutic solutions are available for the control of X. fastidiosa in infected plants and trees. In addition, as the agricultural sector transitions toward more sustainable practices, there is growing interest in alternatives that are both environmentally friendly and effective. In this context, antimicrobial peptides (AMPs) have emerged as a promising alternative to chemical pesticides. In previous studies, some peptides had been reported to display antibacterial activity in vitro against X. fastidiosa. Nevertheless, the effect of peptides on key processes of disease development of X. fastidiosa, such as biofilm formation and motility, had not yet been studied when this doctoral thesis was started. Therefore, the aim of this PhD Thesis entitled “Synthetic peptides that target key processes of Xylella fastidiosa and its host for the leaf scorch control in almond plants“ was to identify synthetic peptides that affect these key processes and to determine their capability to control X. fastidiosa infections in almond plants. In this thesis, several screening methods were established to determine the activity of peptides targeting key processes of X. fastidiosa for disease development and its host. Using these methods, several peptides were tested against X. fastidiosa and many were able to block the bacteria's ability to move or form biofilms. Other peptides were shown to trigger the immune defense response of the plant, helping it fight back against infections. In particular, the most promising peptides were FV7 and BP100 which are able to reduce disease severity in almond plants. These peptides could be developed into new and eco-friendly treatments to protect crops against diseases caused by X. fastidiosa

CAT- La seguretat alimentària és essencial per mantenir la creixent població mundial, però està amenaçada per les pèrdues en la producció d’aliments causades per malalties de plantes. La freqüència de brots de malalties emergents i reemergents en plantes ha augmentat en els darrers anys, degut als efectes del canvi climàtic i a la globalització. Un dels fitopatògens bacterians més perjudicials és Xylella fastidiosa, que afecta cultius de rellevància econòmica com la vinya, els cítrics, l'ametller i l'olivera, causant malalties com la malaltia de Pierce, la clorosi variegada dels cítrics, la cremada foliar de l'ametller i el decaïment ràpid de l’olivera. Originàriament, X. fastidiosa era present principalment en el continent Americà, però es va detectar a Itàlia per primera vegada el 2013. Des de llavors, s'ha estès a altres països europeus, com França i Espanya, suposant una amenaça important pel sector agrícola. S’ha estimat que a Europa podria causar pèrdues econòmiques anuals de 5,5 mil milions d’euros anuals i, per tant, és necessari desenvolupar mesures de control efectives. El principal mecanisme de propagació del bacteri és a través de vectors, específicament insectes. Actualment, no hi ha tractaments efectius per curar plantes infectades amb X. fastidiosa, per la qual cosa la majoria de les estratègies de control es centren en prevenir la propagació del bacteri controlant el seu vector. A més, el sector agrícola està en una etapa de transició cap a pràctiques més sostenibles i, per tant, s’estan cercant alternatives que siguin efectives i, alhora, respectuoses amb el medi ambient. En aquest context, els pèptids antimicrobians (AMPs) han sorgit com una alternativa prometedora als productes fitosanitaris químics. En estudis anteriors, s’havien identificat pèptids amb activitat antibacteriana in vitro contra X. fastidiosa. No obstant, en el moment d’iniciar aquesta tesi doctoral encara no s'havia estudiat l'efecte dels pèptids en processos clau del desenvolupament de malalties de X. fastidiosa, com la formació de biofilms i la motilitat. Per tant, l'objectiu d'aquesta tesi titulada “Synthetic peptides that target key processes of Xylella fastidiosa and its host for the leaf scorch control in almond plants” va ser la identificació de pèptids que afectessin aquests processos clau i la determinació de la seva capacitat per controlar les infeccions de X. fastidiosa en plantes d'ametller. En aquesta tesi, es van establir diversos mètodes de cribratge per determinar les activitats de pèptids que afecten processos clau de X. fastidiosa per al desenvolupament de malalties i el seu hoste. Utilitzant aquests mètodes, es van provar diversos pèptids contra X. fastidiosa i molts van ser capaços de bloquejar la capacitat del bacteri per moure's o formar biofilms. A més, altres pèptids van demostrar la seva capacitat per induir la resposta immune de la planta, ajudant-la a combatre les infeccions. Concretament, els pèptids més prometedors van ser FV7 i BP100, que són capaços de reduir la severitat de la malaltia en plantes d'ametller. Aquests pèptids podrien ser eines prometedores per desenvolupar nous productes fitosanitaris respectuosos amb el medi ambient per protegir els cultius enfront malalties causades per X. fastidiosa