Nitrogen forms and metabolism affect plant defence to foliar and root pathogens in tomato
- S. Ding
- X. Shao
- J. Li
- G. J. Ahammed
- Y. Yao
- J. Ding
- Z. Hu
- J. Yu
- K. Shi
Resumo
O nitrogênio (N) influencia uma infinidade de processos fisiológicos, enquanto seus efeitos sobre as defesas das plantas e os mecanismos subjacentes são amplamente desconhecidos. Aqui, a interação entre o tomateiro e os patógenos foi examinada sob quatro regimes de N (NO3- exclusivo ou NO3-/NH4+ misto de 1 e 7 mM de N total, denotando regimes de baixo e alto N, respectivamente) seguidos de inoculação com dois patógenos bacterianos, Pseudomonas syringae e Ralstonia solanacearum. A imunidade do tomate contra ambos os patógenos foi, em geral, maior com baixo teor de N, bem como com NO3- como única fonte de N. A suscetibilidade à doença foi reduzida pelo silenciamento dos genes do metabolismo do N, como NR, NiR e Fd-GOGAT, enquanto aumentou em plantas com superexpressão de NiR1. Outros estudos demonstraram que a defesa modulada por N dependia da via de defesa do ácido salicílico (SA). O baixo teor de N e o silenciamento dos genes do metabolismo do N aumentaram os níveis de SA e os transcritos de seus genes formadores, e a defesa reforçada pelo baixo teor de N foi bloqueada em plantas de tomate transgênicas NahG que não acumulam SA, enquanto a aplicação exógena de SA atenuou a suscetibilidade do OE-NiR1. O estudo fornece informações sobre os mecanismos de como a fertilização e o metabolismo do nitrogênio afetam a imunidade da planta no tomate, o que pode ser útil para a elaboração de estratégias agronômicas eficazes para o gerenciamento do suprimento de N.
Abstract
Nitrogen (N) influences a myriad of physiological processes while its effects on plant defences and the underlying mechanisms are largely unknown. Here, the interaction between tomato and pathogens was examined under four N regimes (sole NO3− or mixed NO3−/NH4+ of total 1 and 7 mM N, denoting low and high N regimes, respectively) followed by inoculation with two bacterial pathogens, Pseudomonas syringae and Ralstonia solanacearum. Tomato immunity against both pathogens was generally higher under low N as well as NO3− as the sole N source. The disease susceptibility was reduced by silencing N metabolism genes such as NR, NiR and Fd-GOGAT, while increased in NiR1-overexpressed plants. Further studies demonstrated that the N-modulated defence was dependent on the salicylic acid (SA) defence pathway. Low N as well as the silencing of N metabolism genes increased the SA levels and transcripts of its maker genes, and low N-enhanced defence was blocked in NahG transgenic tomato plants that do not accumulate SA, while exogenous SA application attenuated the susceptibility of OE-NiR1. The study provides insights into the mechanisms of how nitrogen fertilization and metabolism affect plant immunity in tomato, which might be useful for designing effective agronomic strategies for the management of N supply.
