Unravelling the Roles of Nitrogen Nutrition in Plant Disease Defences

Resumo

O nitrogênio (N) é um dos elementos mais importantes que tem um impacto central no crescimento e no rendimento das plantas. O N também está amplamente envolvido nas respostas ao estresse das plantas, mas suas funções nas interações entre o hospedeiro e o patógeno são complexas, pois um afeta o outro. Nesta revisão, resumimos a relação entre a nutrição de N e as doenças das plantas e destacamos sua importância tanto para o hospedeiro quanto para o patógeno. Do ponto de vista do patógeno, descrevemos como o N pode afetar a estratégia de infecção do patógeno, seja ela necrotrófica ou biotrófica. O N pode influenciar a implantação de fatores de virulência, como sistemas de secreção do tipo III em patógenos bacterianos, ou contribuir com nutrientes, como o ácido gama-aminobutírico, para o invasor. Em relação ao hospedeiro, a associação entre a nutrição de N e a defesa da planta é considerada em termos de mecanismos físicos, bioquímicos e genéticos. Em geral, o N tem efeitos negativos sobre as defesas físicas e a produção de fitoalexinas antimicrobianas, mas efeitos positivos sobre as enzimas e proteínas relacionadas à defesa para afetar a defesa local e a resistência sistêmica. A nutrição com N também pode influenciar a defesa por meio do metabolismo de aminoácidos e da produção de hormônios para afetar a expressão de genes relacionados à defesa a jusante por meio da regulação transcricional e da produção de óxido nítrico (NO), o que representa uma ligação direta com o N. Embora o papel fundamental da nutrição com N nas defesas das plantas seja enfatizado nesta revisão, é urgente a realização de mais trabalhos para fornecer uma compreensão abrangente de como os mecanismos opostos de virulência e defesa são influenciados por redes de interação.

Abstract

Nitrogen (N) is one of the most important elements that has a central impact on plant growth and yield. N is also widely involved in plant stress responses, but its roles in host-pathogen interactions are complex as each affects the other. In this review, we summarize the relationship between N nutrition and plant disease and stress its importance for both host and pathogen. From the perspective of the pathogen, we describe how N can affect the pathogen’s infection strategy, whether necrotrophic or biotrophic. N can influence the deployment of virulence factors such as type III secretion systems in bacterial pathogen or contribute nutrients such as gamma-aminobutyric acid to the invader. Considering the host, the association between N nutrition and plant defence is considered in terms of physical, biochemical and genetic mechanisms. Generally, N has negative effects on physical defences and the production of anti-microbial phytoalexins but positive effects on defence-related enzymes and proteins to affect local defence as well as systemic resistance. N nutrition can also influence defence via amino acid metabolism and hormone production to affect downstream defence-related gene expression via transcriptional regulation and nitric oxide (NO) production, which represents a direct link with N. Although the critical role of N nutrition in plant defences is stressed in this review, further work is urgently needed to provide a comprehensive understanding of how opposing virulence and defence mechanisms are influenced by interacting networks