Chitosan-induced enhanced expression and activation of alternative oxidase confer tolerance to salt stress in maize seedlings
Resumo
Este estudo teve como objetivo investigar o possível efeito atenuante da quitosana no retardo de crescimento induzido por sal e estresse oxidativo e elucidar se esse efeito está ligado à ativação da respiração mitocondrial com base na respiração alternativa em mudas de milho. O estresse salino reduziu significativamente o comprimento da raiz e a altura da planta em comparação com o controle, enquanto a aplicação foliar de quitosana melhorou o efeito adverso da salinidade até certo ponto. Além disso, a quitosana resultou na promoção do crescimento da planta em comparação com mudas não estressadas. As aplicações separadas de quitosana e sal tiveram um efeito estimulador nas atividades de enzimas antioxidantes; no entanto, a aplicação combinada de quitosana e sal foi mais eficaz do que a de quitosana ou sal sozinho. Da mesma forma, a taxa de respiração mitocondrial total (V t ) e a capacidade de respiração alternativa (V alt ) foram aumentadas por aplicações separadas de quitosana e sal; no entanto, a combinação de quitosana e sal deu os maiores valores para esses parâmetros. Os maiores valores de Valt / V t foram registrados em mudas tratadas com sal mais quitosana. Da mesma forma, a capacidade de respiração do citocromo também foi aumentada pela quitosana em condições de estresse e sem estresse. Além disso, AOX1 , que codifica a oxidase alternativa, foi significativamente regulado positivamente por quitosana e/ou sal. O nível máximo de transcrição foi registrado em mudas tratadas com sal mais quitosana. A quitosana também diminuiu significativamente os teores de ânion superóxido e peróxido de hidrogênio e o nível de peroxidação lipídica em condições normais e de estresse. Esses resultados sugerem que o efeito atenuante da quitosana no estresse salino está ligado à ativação da respiração alternativa em nível bioquímico e molecular.
Abstract
This study aimed to investigate the possible alleviating effect of chitosan on salt-induced growth retardation and oxidative stress and to elucidate whether this effect is linked to activation of mitochondrial respiration on the basis of alternative respiration in maize seedlings. Salt stress significantly reduced root length and plant height in comparison to the control, whereas foliar application of chitosan ameliorated the adverse effect of salinity to a certain degree. Moreover, chitosan resulted in plant growth promotion as compared to unstressed seedlings. The separate applications of chitosan and salt had a stimulatory effect on the activities of antioxidant enzymes; however, combined application of chitosan and salt were more effective than that of chitosan or salt alone. Similarly, mitochondrial total respiration rate (Vt) and alternative respiration capacity (Valt) were increased by separate applications of chitosan and salt; however, the combination of chitosan and salt gave the highest values for these parameters. The highest values of Valt/Vt was recorded at seedlings treated with salt plus chitosan. Similarly, cytochrome respiration capacity was also increased by chitosan in both stress-free and stressed conditions. In addition, AOX1, encoding alternative oxidase, was significantly upregulated by chitosan and/or salt. The maximum transcript level was recorded at seedlings treated with salt plus chitosan. Chitosan also significantly decreased superoxide anion and hydrogen peroxide contents and lipid peroxidation level under normal and the stressed conditions. These results suggest that the mitigating effect of chitosan on salt stress is linked to activation of alternative respiration at biochemical and molecular level.
