Contrasting nutrient–disease relationships: Potassium gradients in barley leaves have opposite effects on two fungal pathogens with different sensitivities to jasmonic acid
Resumo
A compreensão das interações entre a nutrição mineral e as doenças, é essencial para o gerenciamento das culturas. Nossos estudos anteriores com Arabidopsis thaliana demonstraram que a privação de potássio (K) induziu a biossíntese do ácido jasmônico (AJ) e aumentou a resistência da planta a insetos herbívoros. Neste artigo abordamos a questão de como o K do tecido afeta o desenvolvimento de patógenos fúngicos e se a sensibilidade dos patógenos ao AJ poderia desempenhar um papel na relação entre K e a doença na cevada (Hordeum vulgare cv. Optic). Relatamos que as plantas de cevada privadas de K apresentaram concentrações foliares aumentadas de JA e outras oxilipinas. Além disso, um gradiente natural de concentração de K da ponta para a base nas folhas de plantas com K suficiente foi quantitativamente espelhado pelos níveis de transcrição de genes responsivos a AJ. As concentrações locais de K no tecido foliar afetaram o desenvolvimento de dois fungos de importância econômica de maneiras opostas, mostrando uma correlação positiva com o oídio (Blumeria graminis) e uma correlação negativa com os sintomas da doença da escaldadura das folhas (Rhynchosporium commune). A B. graminis induziu uma resposta de AJ na planta e foi sensível ao tratamento com metil-AJ, enquanto a R. commune não iniciou nenhuma resposta de AJ e foi insensível a AJ. Nosso estudo desafia a visão de que o alto teor de K geralmente melhora a saúde das plantas e sugere que a sensibilidade dos patógenos ao AJ pode ser um fator importante para determinar a relação exata entre K e doença.
Abstract
Understanding the interactions between mineral nutrition and disease is essential for crop management. Our previous studies with Arabidopsis thaliana demonstrated that potassium (K) deprivation induced the biosynthesis of jasmonic acid (JA) and increased the plant’s resistance to herbivorous insects. Here, we addressed the question of how tissue K affects the development of fungal pathogens and whether sensitivity of the pathogens to JA could play a role for the K–disease relationship in barley (Hordeum vulgare cv. Optic). We report that K-deprived barley plants showed increased leaf concentrations of JA and other oxylipins. Furthermore, a natural tip-to-base K-concentration gradient within leaves of K-sufficient plants was quantitatively mirrored by the transcript levels of JA-responsive genes. The local leaf tissue K concentrations affected the development of two economically important fungi in opposite ways, showing a positive correlation with powdery mildew (Blumeria graminis) and a negative correlation with leaf scald (Rhynchosporium commune) disease symptoms. B. graminis induced a JA response in the plant and was sensitive to methyl-JA treatment whereas R. commune initiated no JA response and was JA insensitive. Our study challenges the view that high K generally improves plant health and suggests that JA sensitivity of pathogens could be an important factor in determining the exact K–disease relationship.
J. L. Davis
P. Armengaud
T. R. Larson
I. A. Graham
P. J. White
A. C. Newton
A. Amtmann
2018 - Plant Cell Environment
