Nitrogen deficiency as well as phosphorus deficiency in sorghum promotes the production and exudation of 5-deoxystrigol, the host recognition signal for arbuscular mycorrhizal fungi and root parasites

Resumo

As estrigolactonas liberadas nas raízes das plantas induzem a ramificação de hifas de fungos micorrízicos arbusculares (MA) simbióticos e a germinação de ervas daninhas parasitas de raízes, Striga e Orobanche spp. Já demonstramos que, em plantas de trevo vermelho (Trifolium pratense L.), um hospedeiro tanto para fungos MA quanto para a planta holoparasita de raízes Orobanche minor Sm, o fornecimento reduzido de fósforo (P), mas não de outros elementos examinados (N, K, Ca, Mg) no meio de cultura, promoveu significativamente a secreção de uma estrigolactona, o orobanchol, pelas raízes dessa planta. Mostramos aqui que, no caso do sorgo [Sorghum bicolor (L.) Moench], hospedeiro da planta hemiparasita de raiz Striga hermonthica e dos fungos MA, a deficiência de N e a deficiência de P aumentaram significativamente a secreção de uma estrigolactona, o 5-deoxistrigol. O conteúdo de 5-deoxistrigol nos tecidos da raiz do sorgo também aumentou sob a deficiência de N e de P, comparável ao aumento nos exsudatos da raiz. Esses resultados sugerem que as estrigolactonas podem ser rapidamente liberadas após sua produção nas raízes. Diferentemente da situação nas raízes, nem a deficiência de N nem a de P afetaram o baixo teor de 5-desoxistrigol nos tecidos dos brotos de sorgo.

Abstract

Strigolactones released from plant roots induce hyphal branching of symbiotic arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and germination of root parasitic weeds, Striga and Orobanche spp. We already demonstrated that, in red clover plants (Trifolium pratense L.), a host for both AM fungi and the root holoparasitic plant Orobanche minor Sm., reduced supply of phosphorus (P) but not of other elements examined (N, K, Ca, Mg) in the culture medium significantly promoted the secretion of a strigolactone, orobanchol, by the roots of this plant. Here we show that in the case of sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench], a host of both the root hemiparasitic plant Striga hermonthica and AM fungi, N deficiency as well as P deficiency markedly enhanced the secretion of a strigolactone, 5-deoxystrigol. The 5-deoxystrigol content in sorghum root tissues also increased under both N deficiency and P deficiency, comparable to the increase in the root exudates. These results suggest that strigolactones may be rapidly released after their production in the roots. Unlike the situation in the roots, neither N nor P deficiency affected the low content of 5-deoxystrigol in sorghum shoot tissues.