Insights into the role of seaweed Kappaphycus alvarezii sap towards phytohormone signalling and regulating defence responsive genes in Lycopersicon esculentum

Resumo

As algas marinhas, parte integrante do ambiente marinho costeiro, são importantes alimentos, matérias-primas industriais e biofertilizantes para o crescimento das culturas devido à presença de vários estimulantes de crescimento vegetal. A seiva de uma alga economicamente importante Kappaphycus alvarezii (K-sap) está ganhando força para a intensificação sustentável da produtividade agrícola. No presente estudo, os níveis de fitormônios e a regulação da transcrição de genes relacionados à defesa foram estudados em mudas de tomateiro em resposta à aplicação de K-sap isoladamente e em combinação com o fungo Macrophomina phaseolina, o agente causal da podridão do carvão no tomateiro. A aplicação de K-sap isoladamente e em combinação com o fungo M. phaseolina aumentou significativamente a concentração dos hormônios ABA, IAA, SA e zeatina. O aumento da transcrição de genes relacionados à patogênese (PR-1b1, PR-3 e PR-5) foi observado em resposta à aplicação de K-sap isoladamente e em combinação com o fungo M. phaseolina em tomateiro. O fator de transcrição, Pti4 e o gene da via da quinase ativada por mitógeno, MPK2, também apresentaram acúmulo de transcrição no tratamento combinado de Macrophomina e K-sap. Este é o primeiro relatório que destaca a regulação diferencial de genes relacionados à defesa de acordo com os níveis de fitohormônios na aplicação de seiva de algas marinhas.

Abstract

Seaweeds, an integral part of marine coastal environment, are an important food, industrial raw materials and biostimulants for crop growth due to the presence of a number of plant growth stimulants. The sap of an economically important seaweed Kappaphycus alvarezii (K-sap) is gaining momentum for sustainable intensification of agricultural productivity. In the present study, the phytohormone levels and transcript regulation of defence-related genes were studied in tomato seedlings in response to K-sap application alone and in combination with the fungus Macrophomina phaseolina, the causal agent of charcoal rot in tomato. The application of K-sap alone and in combination with fungus M. phaseolina significantly increased the concentration of ABA, IAA, SA and zeatin hormones. The enhanced transcript of pathogenesis related genes (PR-1b1, PR-3 and PR-5) was observed in response to application of K-sap alone and in combination with fungus M. phaseolina in tomato. The transcription factor, Pti4 and mitogen-activated kinase pathway gene, MPK2 also showed transcript accumulation on combined treatment of Macrophomina and K-sap. This is the first report highlighting the differential regulation of defence-related genes in accordance with phytohormone levels on application of seaweed sap.