Chitosan-Salicylic acid and Zinc sulphate nano-formulations defend against yellow rust in wheat by activating pathogenesis-related genes and enzymes

Resumo

A ferrugem listrada instigada por Puccinia striiformis f. sp. tritici causa grande perda de rendimento no trigo. Neste estudo, a resistência à doença foi induzida no trigo pela pré-ativação de genes relacionados à patogênese (PR) usando duas nanoformulações (NFs) diferentes, ou seja, NFs de Quitosana-Ácido Salicílico (AS) (CH-NFs) e NFs de Sulfato de Zinco (Zn-NFs). Estas NFs foram sintetizadas usando uma síntese verde e foram caracterizadas usando várias técnicas. Ambas as NFs controlaram efetivamente a ferrugem listrada em genótipos de trigo (WH 711 e WH 1123) aumentando significativamente as atividades das enzimas fenilalanina amônia liase, tirosina amônia liase e polifenol oxidase quando comparadas com plantas controle livres de doença e plantas doentes. O nível de açúcar solúvel total (AST) foi mais alto nas plantas tratadas com CH–NF. O TSS também foi relativamente maior em plantas doentes do que no controle livre de doença, bem como em plantas tratadas com Zn–NF. Tanto CH-NFs quanto Zn-NFs induziram a expressão de genes PR. Em plantas tratadas com CH–NF, a expressão relativa dos genes PR foi maior no 3º dia após a pulverização (DAS) das NFs em comparação com plantas doentes e tratadas com Zn–NF em ambos os genótipos. Enquanto no caso de plantas tratadas com Zn–NF, a expressão relativa dos genes PR foi maior no 5º DAS em comparação com plantas doentes e controle livres de doença. O aumento precoce na expressão dos genes PR devido aos tratamentos com NF foi responsável pela resistência à doença em ambos os genótipos de trigo, como evidenciado por um menor coeficiente médio de infecção. Estas NFs podem ser sintetizadas facilmente com baixo custo de insumo, são ecológicas e podem ser efetivamente usadas contra a ferrugem amarela, bem como outras doenças do trigo.

Abstract

Stripe rust instigated by Puccinia striiformis f. sp. tritici causes major yield loss in wheat. In this study, disease resistance was induced in wheat by pre-activation of pathogenesis related (PR) genes using two different nano-formulations (NFs) i.e. Chitosan- Salicylic acid (SA) NFs (CH-NFs) and Zinc sulphate NFs (Zn-NFs). These NFs were synthesized using green approach and were characterized using various techniques. Both NFs effectively controlled stripe rust in wheat genotypes (WH 711 and WH 1123) by significantly increasing activities of phenylalanine ammonia lyase, tyrosine ammonia lyase and polyphenol oxidase enzymes when compared with disease free-control and diseased plants. Total soluble sugar (TSS) level was highest in CH–NF treated plants. TSS was also relatively higher in diseased plants than disease free-control as well as Zn–NF treated plants. Both CH-NFs and Zn-NFs induced the expression of PR genes. In CH–NF treated plants, the relative expression of PR genes was higher on the 3rd day after spraying (DAS) of NFs as compared to diseased and Zn–NF treated plants in both the genotypes. While in case of Zn–NF treated plants, relative expression of PR genes was higher on 5th DAS as compared to diseased and disease free-control plants. Early rise in expression of PR genes due to NF treatments was responsible for disease resistance in both the wheat genotypes as evidenced by a lower average coefficient of infection. These NFs can be synthesized easily with low cost input, are eco-friendly and can be effectively used against yellow rust as well as other wheat diseases.