Humic substances stimulate maize nitrogen assimilation and amino acid metabolism at physiological and molecular level

Resumo

Contexto

Os efeitos de uma substância húmica (SH) extraída de um solo vulcânico sobre a via de assimilação de nitrato de mudas de milho (Zea mays) foram exaustivamente examinados usando abordagens fisiológicas e moleculares. Foram avaliados o crescimento das plantas, a quantidade de proteínas e aminoácidos solúveis, bem como as atividades das enzimas envolvidas no metabolismo do nitrogênio e no ciclo de Krebs, em resposta às diferentes concentrações de SH (0, 1 e 5 mg C L⁻¹) fornecidas às plântulas de milho por 48 horas.  Para entender melhor a ação do SH, também foi avaliado o acúmulo de transcritos de genes selecionados que codificam enzimas envolvidas na assimilação de nitrogênio e ciclo de Krebs em plântulas cultivadas por 2 semanas sob condição suficiente de nitrogênio (N) e privação de N.

Resultados

A baixa concentração de SH (1 mg C L⁻¹) influenciou positivamente o metabolismo do nitrato, aumentando o conteúdo de proteínas solúveis e a síntese de aminoácidos. Além disso, foram significativamente estimuladas as atividades e a transcrição de enzimas envolvidas na assimilação de N e no ciclo de Krebs.

Conclusões

O tratamento com SH influenciou a expressão gênica de plantas de Zea mays em nível transcricional e esta regulação foi intimamente dependente da disponibilidade de nitrato no meio de crescimento.

Abstract

Background

The effects of a humic substance (HS) extracted from a volcanic soil on the nitrate assimilation pathway of Zea mays seedlings were thoroughly examined using physiological and molecular approaches. Plant growth, the amount of soluble proteins and amino acids, as well as the activities of the enzymes involved in nitrogen metabolism and Krebs cycle, were evaluated in response to different HS concentrations (0, 1 and 5 mg C L⁻¹) supplied to maize seedlings for 48 h. To better understand the HS action, the transcript accumulation of selected genes encoding enzymes involved in nitrogen assimilation and Krebs cycle was additionally evaluated in seedlings grown for 2 weeks under nitrogen (N) sufficient condition and N deprivation.

Results

HS at low concentration (1 mg C L⁻¹) positively influenced nitrate metabolism by increasing the content of soluble protein and amino acids synthesis. Furthermore, the activity and transcription of enzymes functioning in N assimilation and Krebs were significantly stimulated.

Conclusions

HS treatment influenced the gene expression of Zea mays plants at transcriptional level and this regulation was closely dependent on the availability of nitrate in the growth medium.