The plant nitrogen mobilization promoted by Colletotrichum lindemuthianum in Phaseolus leaves depends on fungus pathogenicity

Resumo

O nitrogênio desempenha um papel essencial na relação de nutrientes entre plantas e patógenos. Alguns estudos relatam que o metabolismo vegetal mobilizador de nitrogênio que ocorre durante o estresse abiótico e biótico pode ser uma estratégia de defesa de “corte e queima”. Para estudar a reciclagem e a mobilização de nitrogênio em plantas hospedeiras durante o ataque e a invasão de patógenos, foi usada como modelo a interação Colletotrichum lindemuthianum/Phaseolus vulgaris. O C. lindemuthianum é um hemibiotrófico que causa a doença da antracnose em P. vulgaris.  Mutantes não patogênicos e a cepa patogênica do tipo selvagem foram usados para comparar seus efeitos no metabolismo das plantas. Os efeitos deletérios da infecção foram monitorados através da medição de alterações nas concentrações de clorofila, proteína e aminoácidos. Foi demonstrado que a composição de aminoácidos mudou dependendo da interação planta-fungo e que a glutamina se acumulou principalmente nas folhas infectadas pela cepa patogênica. Acumulação de glutamina correlacionada com a acumulação de citosólica glutamina sintetase (GS1 α) mRNA. O resultado mais marcante foi que o gene GS1 α foi induzido em todas as folhas infectadas por fungos, independente da cepa utilizada para inoculação, e que a expressão de GS1 α foi paralela à expressão do gene de defesa PAL3 e CHS. Conclui-se que um papel de GS1 na defesa da planta tem que ser considerado.

Abstract

Nitrogen plays an essential role in the nutrient relationship between plants and pathogens. Some studies report that the nitrogen-mobilizing plant metabolism that occurs during abiotic and biotic stress could be a ‘slash-and-burn’ defence strategy. In order to study nitrogen recycling and mobilization in host plants during pathogen attack and invasion, the Colletotrichum lindemuthianum/Phaseolus vulgaris interaction was used as a model. C. lindemuthianum is a hemibiotroph that causes anthracnose disease on P. vulgaris. Non-pathogenic mutants and the pathogenic wild-type strain were used to compare their effects on plant metabolism. The deleterious effects of infection were monitored by measuring changes in chlorophyll, protein, and amino acid concentrations. It was shown that amino acid composition changed depending on the plant–fungus interaction and that glutamine accumulated mainly in the leaves infected by the pathogenic strain. Glutamine accumulation correlated with the accumulation of cytosolic glutamine synthetase (GS1 α) mRNA. The most striking result was that the GS1 α gene was induced in all the fungus-infected leaves, independent of the strain used for inoculation, and that GS1 α expression paralleled the PAL3 and CHS defence gene expression. It is concluded that a role of GS1 α in plant defence has to be considered.