The Role of Protein-Rich Extracts from Chondrus crispus as Biostimulant and in Enhancing Tolerance to Drought Stress in Tomato Plants

Resumo

A aplicação de bioestimulantes à base de extratos de algas marinhas é uma abordagem promissora para alcançar uma agricultura sustentável, com enorme potencial para melhorar o rendimento das culturas e mitigar os efeitos das alterações climáticas. Os fatores de estresse abióticos, como a seca, são fatores importantes que resultam em perdas de produção de tomate (Solanum lycopersicum L.) e bioestimulantes à base de algas marinhas foram propostos como estratégia amiga do ambiente para neutralizar este impacto negativo. Chondrus crispus é uma alga vermelha comum amplamente utilizada como fonte de carragena, ainda não explorada como bioestimulante vegetal. Neste estudo, um extrato de C. crispus rico em hidrolisado protéico, subproduto da extração de carragenina, foi testado em tomateiros sob condições bem irrigadas e com escassez de água. A aplicação foliar do extrato rico em proteínas de C. crispus conferiu tolerância à seca às plantas de tomate, resultando em sintomas de estresse visual menos perceptíveis. As plantas tratadas apresentaram maior altura de parte aérea e biomassa tanto em condições bem irrigadas quanto em condições de déficit hídrico, evidenciando o duplo efeito exercido por este novo bioestimulante, como promotor de crescimento vegetal e protetor do estresse hídrico. O tratamento com o bioestimulante afetou os níveis de ácido abscísico e prolina e desencadeou a expressão do Solyc02g084840, gene marcador de seca. Finalmente, uma abordagem espectrométrica de massa sem rótulo permitiu identificar ficoeritrinas e ficocianinas como as principais proteínas bioativas contidas no extrato. No seu conjunto, estes resultados indicam que a aplicação foliar de extratos ricos em hidrolisados proteicos de C. crispus melhorou o crescimento das plantas de tomate e a tolerância ao estresse hídrico, sugerindo uma nova oportunidade para novas aplicações nos setores agrícola e hortícola.
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Abstract

The application of seaweed extract-based biostimulants is a promising approach for achieving sustainable agriculture, with an enormous potential of improving crop yield and mitigating climate change effects. Abiotic stressors, such as drought, are major factors resulting in tomato (Solanum lycopersicum L.) yield losses and seaweed-based biostimulants have been proposed as an eco-friendly strategy to counteract this negative impact. Chondrus crispus is a common red seaweed widely used as source of carrageenans, not yet explored as a plant biostimulant. In this study, a protein hydrolysate-rich C. crispus extract, by-products of the carrageenan extraction, was tested on tomato plants under well-watered condition and water shortage. The foliar application of the protein-rich C. crispus extract conferred drought tolerance to tomato plants resulting in less noticeable visual stress symptoms. Treated plants showed higher shoot height and biomass under both well-watered and water deficit conditions, evidencing the double effect exerted by this new biostimulant, as plant growth promoter and drought stress protector. The treatment with the biostimulant had an effect on levels of abscisic acid and proline, and triggered the expression of Solyc02g084840, a drought marker gene. Finally, a label-free mass spectrometric approach allowed us to identify phycoerythrins and phycocyanins as major bioactive proteins contained in the extract. Altogether, these results indicate that the foliar application of protein hydrolysate-rich extracts from C. crispus improved tomato plant growth and tolerance to drought stress, suggesting a new opportunity for further applications in the agriculture and horticultural sectors.