Tolerancia inducida al estrés abiótico y biótico en brócoli y Arabidopsis después del tratamiento con moléculas inductoras de defensa Jhon Venegas-Molina1, Silvia Proietti2, Jacob Pollier3;4, Wilson Orozco-Freire1, Darío Ramírez-Villacis1, y Antonio Leon-Reyes1* 1 Laboratorio de Biotecnología Agrícola y de Alimentos, Ingeniería en Agronomía, Colegio de Ciencias e Ingenierías El Politécnico, Universidad San Francisco de Quito USFQ, Campus Cumbayá, Quito, Ecuador. 2 Plant‐Microbe Interactions, Department of Biology, Science4Life, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands. 3 Ghent University, Department of Plant Biotechnology and Bioinformatics, 9052 Ghent, Belgium. 4 VIB Metabolomics Core, 9052 Ghent, Belgium *Correspondence: aleon@usfq.edu.ec
Introducción: La resistencia inducida es una herramienta prometedora para controlar plagas, enfermedades y aliviar estreses abióticos. Las principales vías de inducción de resistencia conocidas son reguladas principlamente por las fitohormonas ácido salicílico (SA) y ácido jasmonico (JA). En este estudio, aplicamos 14 elicitores químicos capaces de inducir resistencia o tolerancia al estrés abiótico (sequía) y biótico (patógenos hemi-biotróficos, necrotróficos; e insectos herbívoros), y evaluamos sus efectos en la planta modelo Arabidopsis thaliana y en brócoli (Brassica oleracea var italica).
Resultados: 1) Tolerancia a estrés abiótico
2) Tolerancia a estrés biótico
Figura 1. Evaluación de la tolerancia al estrés por sequía en brócoli después del tratamiento con inductores. Se aplicaron tres concentraciones diferentes por molécula. La línea discontinua indica el nivel control. Las barras de error indican el error estándar (n = 5 réplicas biológicas de 10 plantas cada una). Las diferentes letras indican la significancia estadística. ANOVA (P <0.001) con una prueba de Tukey post-hoc (P <0.05).
Figura 2. Persistencia de la tolerancia inducida al estrés por sequía en brócoli tres semanas después del tratamiento con elicitores. Se evaluó la recuperación al estrés por sequía una, dos y tres semanas después del tratamiento con inductores. Las moléculas se clasificaron según el patrón de recuperación observado. La línea roja representa el tratamiento control. Las barras de error designan el error estándar (n = 5 réplicas biológicas de 10 plantas cada una). ANOVA (P <0,001) con una prueba de Tukey post-hoc (P <0,05).
3) Activación de genes marcadores de defensa
Figura 4. Activación de genes marcadores de defensa en las líneas reporteras PG15::GUS, PR1::GUS y LOX2::GUS de Arabidopsis thaliana después del tratamiento con elicitores. El color azul indica la activación de la expresión genética; el color blanco / amarillo representa no expresión génica. Se obtuvieron resultados similares con cuatro réplicas biológicas.
Figura 3. Resistencia a la infestación por Ascia monuste después del tratamiento con elicitores en brócoli. (a) Peso de larvas de A. monuste después de 20 días (n = 6 repeticiones biológicas). Prueba t de Student (*, P <0,05). (b) Daño a las plantas de brócoli infestadas con larvas de A. monuste durante 25 días. Azul: sin daños; verde: daño leve; amarillo: daño moderado; naranja: daño severo; rojo: daño total. Prueba de Chi-cuadrado (*, P <0,05). n = 6 réplicas biológicas con cuatro plantas por réplica. (c) Daño a las plantas de brócoli infestadas con larvas de A. monuste durante 25 días. IR, resistencia inducida; NR, sin respuesta; IS, susceptibilidad inducida.
Conclusiones: La mayoría de los inductores evaluados potencian la respuesta mediada por SA, específicamente incrementado la tolerancia a sequía y patógenos hemi-biotróficos. La respuesta a sequía puede mantenerse hasta por lo menos tres semanas. Las plantas de brocolí pretratadas con MeJA redujeron significativamente el desarrollo del insecto herbívoro Ascia monuste, no obstante algunas moléculas mostraron susceptibilidad inducida. Se detectó expresión del gen PR-1 dependiente de SA en la mayoría de las moléculas aplicadas y solo MeJA activó la expresión del gene LOX-2 dependiente de JA. Estos resultados sugieren que la mayoría de los inductores utilizados actualmente ayudan a las plantas a lidiar con estrés mediante la explotación de la vía del SA, efectiva contra sequía y patógenos hemi-biotróficos, sin embargo, este efecto podría potencialmente suprimir la respuesta del JA que conduce a la susceptibilidad a patógenos necrotróficos e insectos herbívoros.
Abreviaturas: Ctrl, control; SA, salicylic acid; MeJA, methyl jasmonate; BABA, amino butyric acid; Sacch, saccharin; Rib, riboflavin; Hx, hexanoic acid; Si, sodium silicate; MSB, menadione sodium bisulfite; CHT, chitosan; AzA, azelaic acid; BTH, acibenzolar S-methyl; CaPhi, calcium phosphite; KPhi, potassium phosphite; Thiam, thiamine.
Publicado como: Venegas-Molina, J., Proietti, S., Pollier, J., OrozcoFreire, W., Ramirez-Villacis, D., & Leon-Reyes, A. (2020). Induced tolerance to abiotic and biotic stresses of broccoli and Arabidopsis after treatment with elicitor molecules. (Nature) Scientific reports, 10, 10319 (2020), 1-17.
