Comparative transcriptome analysis of two Ascophyllum nodosum extract biostimulants: same seaweed but different

Resumo

Os bioestimulantes para o manejo de cultivos estão ganhando cada vez mais atenção com a demanda contínua por maiores rendimentos de cultivos. Os extratos de algas marinhas representam uma categoria de bioestimulantes, com os extratos de Ascophyllum nodosum (ANE) amplamente utilizados para melhorar o rendimento e a qualidade. Este estudo investigou como a composição de dois bioestimulantes ANE (ANE A e ANE B) afeta transcriptomas de mRNA de plantas, usando a planta modelo Arabidopsis thaliana. Usando microarrays Affymetrix Ath1, heterogeneidade significativa foi detectada entre os bioestimulantes ANE em termos de seus impactos no transcriptoma de mRNA de plantas de A. thaliana, que acumularam significativamente mais biomassa do que os controles não tratados. Os genes desregulados pelos bioestimulantes ANE estão associados a uma ampla gama de processos biológicos previstos, funções moleculares e distribuições subcelulares. ANE A desregulado 4,47% do transcriptoma, enquanto ANE B desregulado 0,87%. As composições de ambos os ANEs foram significativamente diferentes, com uma diferença de 4 vezes nos níveis de polifenóis, a maior observada. A padronização da composição dos bioestimulantes ANE representa um desafio para fornecer efeitos consistentes na expressão e bioestimulação de genes de plantas.

Abstract

Biostimulants for crop management are gaining increased attention with continued demand for increased crop yields. Seaweed extracts represent one category of biostimulant, with Ascophyllum nodosum extracts (ANE) widely used for yield and quality enhancement. This study investigated how the composition of two ANE biostimulants (ANE A and ANE B) affects plant mRNA transcriptomes, using the model plant Arabidopsis thaliana. Using Affymetrix Ath1 microarrays, significant heterogeneity was detected between the ANE biostimulants in terms of their impacts on the mRNA transcriptome of A. thaliana plants, which accumulated significantly more biomass than untreated controls. Genes dysregulated by the ANE biostimulants are associated with a wide array of predicted biological processes, molecular functions, and subcellular distributions. ANE A dysregulated 4.47% of the transcriptome, whereas ANE B dysregulated 0.87%. The compositions of both ANEs were significantly different, with a 4-fold difference in polyphenol levels, the largest observed. The standardization of the composition of ANE biostimulants represents a challenge for providing consistent effects on plant gene expression and biostimulation.