Stimulation or inhibition: Conflicting evidence for (±)-catechin’s role as a chemical facilitator and disease protecting agent

Resumo

A hormese é um fenômeno pouco compreendido em plantas, no qual doses baixas de fitotoxinas promovem respostas de crescimento incomuns em plantas superiores. Em contraste, interações negativas mediadas entre as plantas por compostos de baixo peso molecular secretados iniciam respostas inibitórias de crescimento. Estudos relacionados à alelopatia mediada por (±)-catequinas têm gerado informações novas e controversas. Especificamente, as respostas fitotóxicas mediadas por (±)-catequinas têm sido objeto de debates sérios. A opinião divergente sobre se (±)-catequina é fitotóxica ou não fitotóxica depende mais dos sistemas de plantas-alvo e das condições usadas para testar as respostas fitotóxicas. Relata-se que a suplementação de (±)-catequina em doses inferiores à concentração inibitória mínima (MIC) pode promover respostas de crescimento na planta modelo Arabidopsis thaliana. Além disso, foi demonstrado que níveis sub-MIC de suplementação de (±)-catequina levam à elicitação de resistência a doenças contra Pseudomonas syringae DC3000 (doravante DC3000). Intrigados pela resposta única de hormese observada, testamos se (±)-catequina realmente promove respostas de crescimento em A. thaliana. Em nossas mãos, não observamos respostas de promoção de crescimento de (±)-catequina contra A. thaliana in vitro ou no solo. Também avaliamos as propriedades de proteção contra doenças previamente relatadas de (±)-catequina em A. thaliana contra DC3000. As observações sistemáticas para avaliar as propriedades de proteção contra doenças, incluindo contagem de colônias, incidência de doenças e estudos de perda de clorofila, não mostraram propriedades de proteção contra doenças de (±)-catequina. A resposta transcricional para um gene de defesa relacionado à patogênese, PR1, não mostrou indução após a suplementação de (±)-catequina. Os genes de morte celular (ACD2 e CAD1) associados à morte celular programada revelaram níveis de expressão inalterados em plantas tratadas com níveis sub-MIC de (±)-catequina. Além disso, relatamos que a suplementação de níveis sub-MIC de (±)-catequina anula qualquer alteração na expressão de um gene responsivo a auxina. Nossos resultados refutam as alegações anteriores de efeitos de indução de crescimento e defesa de (±)-catequina, sugerindo que uma reexame minucioso é necessário para avaliar o efeito hormético de (±)-catequina sob condições controladas e naturais.

Abstract

The occurrence of plant hormesis is poorly understood phenomenon, wherein low doses of phytotoxins unusually promote growth responses in higher plants. In contrast, negative plant-plant interactions mediated through secreted small molecular weight compounds initiate growth inhibitory responses. Studies related to (±)-catechin mediated allelopathy has transpired both novel information and generated significant controversy. Specifically, studies related to the phytotoxicity responses mediated by (±)-catechins have been seriously debated. The pronged opinion that (±)-catechin is phytotoxic versus non-phytotoxic relies more on the target plant systems and the conditions used to test phytotoxic responses. It is reported that lower than MIC dosage supplementation of (±)-catechin could promote growth responses in the model plant Arabidopsis thaliana. Furthermore, it was shown that sub-MIC levels of (±)-catechin supplementation leads to elicitation of disease resistance against Pseudomonas syringae DC3000 (hereafter DC3000). Intrigued by the unique hormesis response observed, we tested whether (±)-catechin indeed promotes growth responses in A. thaliana. In our hands, we observed no growth promotion responses of (±)-catechin against A. thaliana under in vitro or in soil. We also evaluated the previously reported disease protecting properties of (±)-catechin in A. thaliana against DC3000. The systematic observations to evaluate disease protecting properties entailing colony counts, disease incidences and loss of chlorophyll studies showed no disease protecting properties of (±)-catechin. The transcriptional response for a marker pathogenesis related PR1 defense gene showed no induction post (±)-catechin supplementation. The cell death genes (ACD2 and CAD1) associated with programmed cell death revealed unchanged expression levels in plants treated with sub-MIC levels of (±)-catechin. Further, we report supplementation of sub-MIC levels of (±)-catechin negates any change in the expression of an auxin responsive gene. Our results refute the previous claims of growth and defense inducing effects of (±)-catechin, thus suggesting that a thorough reexamination is required to evaluate the hormetic effect of (±)-catechin under both controlled and natural conditions.