Ammonium mediated changes in carbon and nitrogen metabolisms induce resistance against Pseudomonas syringae in tomato plants
- A. I. González-Hernández
- E. Fernández-Crespo
- L. Scalschi
- M. R. Hajirezaei
- N. von Wirén
- P. García-Agustín
- G. Camañes
Resumo
A nutrição predominante com NH4+ causa uma “síndrome do amônio” que induz alterações metabólicas e, portanto, oferece resistência contra a infecção por Pseudomonas syringae por meio da ativação da aclimatação sistêmica adquirida (SAA). Portanto, para elucidar os mecanismos subjacentes à SAA mediada por NH4+, as alterações no equilíbrio de nutrientes e nos esqueletos de C e N foram estudadas em plantas tratadas com NH4+ após a infecção por P. syringae. Foi observada uma redução geral nos níveis de cátions e um aumento nos níveis de ânions nas raízes e nas folhas das plantas tratadas com NH4+. Com a nutrição e a infecção baseadas em NH4+, as folhas do tomateiro apresentaram um acúmulo de S, P, Zn e Mn. O acúmulo de Mn pode ser necessário para a desintoxicação de espécies reativas de oxigênio (ROS), pois atua como cofator do superóxido dismutase (SOD). O metabolismo primário foi modificado em ambos os tecidos das plantas alimentadas com NH4+ para neutralizar a toxicidade do NH4+, diminuindo os intermediários de ácido tricarboxílico (TCA). Foi observado um aumento significativo de Arg, Gln, Asn, Lys, Tyr, His e Leu nas folhas das plantas tratadas com NH4+. O alto nível do precursor de putrescina Arg indica a importância da via Glu como um ponto de controle metabólico fundamental em plantas tratadas com NH4+ e infectadas. Em conjunto, as plantas alimentadas com NH4+ apresentaram um alto nível de respostas basais, o que lhes permitiu ativar a SAA e desencadear respostas de defesa contra P. syringae por meio de desequilíbrios de nutrientes e alterações no metabolismo primário.
Abstract
Predominant NH4+ nutrition causes an “ammonium syndrome” that induces metabolic changes and thereby provides resistance against Pseudomonas syringae infection through the activation of systemic acquired acclimation (SAA). Hence, to elucidate the mechanisms underlying NH4+-mediated SAA, the changes in nutrient balance and C and N skeletons were studied in NH4+-treated plants upon infection by P. syringae. A general decrease in cation and an increase in anion levels was observed in roots and leaves of NH4+-treated plants. Upon NH4+-based nutrition and infection, tomato leaves showed an accumulation of S, P, Zn, and of Mn. Mn accumulation might be required for ROS detoxification since it acts as a cofactor of superoxide dismutase (SOD). Primary metabolism was modified in both tissues of NH4+-fed plants to counteract NH4+ toxicity by decreasing TCA intermediates. A significant increase in Arg, Gln, Asn, Lys, Tyr, His and Leu was observed in leaves of NH4+-treated plants. The high level of the putrescine precursor Arg hints towards the importance of the Glu pathway as a key metabolic check-point in NH4+-treated and infected plants. Taken together, NH4+-fed plants displayed a high level of basal responses allowing them to activate SAA and to trigger defense responses against P. syringae through nutrient imbalances and changes in primary metabolism.
