Gracilaria dura extract confers drought tolerance in wheat by modulating abscisic acid homeostasis.

Resumo

O estresse hídrico reduz severamente a produção de trigo. A aplicação de extratos de algas marinhas começou a se mostrar promissora na proteção das plantas contra estresses ambientais, pois contêm vários bioestimulantes. Contudo, os modos de ação destes bioestimulantes não são claros. Aqui, investigamos o papel da Gracilaria dura (GD), alga vermelha, em conferir tolerância ao estresse ao trigo durante a seca em condições de estufa e agroecológicas, integrando estudos moleculares com pesquisas fisiológicas e de campo. A aplicação da seiva GD conferiu tolerância à seca (já que a biomassa aumentou em até 57% e o rendimento das culturas em 70%), facilitando as mudanças fisiológicas associadas à manutenção de um maior teor de água. A aplicação de seiva GD aumentou significativamente o acúmulo de ABA (2,34 e 1,46 vezes aos 4 e 6 dias de seca, respectivamente) devido à expressão aumentada de genes de biossíntese. Isto seguiu-se a uma ativação de genes de resposta ABA e de processos fisiológicos, incluindo a redução da abertura estomática, reduzindo assim a perda de água. Além disso, a aplicação do GD-sap melhorou a expressão de genes protetores do estresse, especificamente sob estresse hídrico. O tratamento com fluridona, um inibidor de ABA, apoia ainda mais o papel do ABA na tolerância à seca mediada pela seiva GD no trigo. As conclusões deste estudo fornecem informações sobre o papel funcional da seiva GD na melhoria da tolerância à seca e mostram o potencial de comercialização da seiva GD como um potente bioestimulante para a agricultura sustentável em regiões propensas à seca.

Abstract

Water stress severely reduces the production of wheat. Application of seaweed extracts have started to show promise in protecting plants from environmental stresses as they contain several biostimulants. However, the modes of action of these biostimulants are not clear. Here, we investigated the role of Gracilaria dura (GD), a red alga, in conferring stress tolerance to wheat during drought under glasshouse and agro-ecological conditions by integrating molecular studies with physiological and field investigations. GD-sap application conferred drought tolerance (as the biomass increased by up to 57% and crop yield by 70%), via facilitating physiological changes associated to maintaining higher water content. GD-sap application significantly increased ABA accumulation (2.34 and 1.46 fold at 4 and 6 days of drought, respectively) due to enhanced expression of biosynthesis genes. This followed an activation of ABA response genes and physiological processes including reduced stomatal opening, thus reducing water loss. Moreover, GD-sap application enhanced the expression of stress-protective genes specifically under water stress. Treatment with fluridone, an ABA inhibitor, further support the role of ABA in GD-sap mediated drought tolerance in wheat. The findings of this study provide insights into the functional role of GD-sap in improving drought tolerance and show the potential to commercialize GD-sap as a potent biostimulant for sustainable agriculture in regions prone to drought.