Dunaliella salina exopolysaccharides: a promising biostimulant for salt stress tolerance in tomato (Solanum lycopersicum)

Resumo

Os exopolissacarídeos de microalgas representam uma potencial alternativa sustentável para o aprimoramento e proteção de culturas agrícolas, incluindo o manejo do estresse bióticos e abióticos. No presente estudo, investigamos o potencial dos exopolissacarídeos (PS) de Dunaliella salina para atenuar o efeito do estresse salino no crescimento de Solanum lycopersicum, que foi cultivado sob diferentes níveis de salinidade (3 e 6 g L⁻¹ NaCl). Os efeitos do tratamento com PS no crescimento da planta, moléculas osmoprotetoras, teor de proteína e atividades de enzimas antioxidantes de plantas de tomate sob estresse salino foram analisados. Um estudo metabolômico mostrou que os exopolissacarídeos liberados por D. salina continham a porção sulfatada juntamente com carboidratos e ácidos urônicos. A aplicação de exopolissacarídeos sulfatados em plantas de tomate aliviou o estresse salino e mitigou a diminuição do comprimento e massa seca da parte aérea e radicular da planta, bem como do potássio (K⁺) e da relação K⁺/Na⁺. Além disso, o aumento nas atividades de prolina, compostos fenólicos, Na⁺ e enzimas antioxidantes (CAT, POD, SOD) causados ​​pelo estresse salino foram atenuados após o tratamento com exopolissacarídeo. A análise metabolômica por GC-MS mostrou que o tratamento com PS permitiu a ativação e/ou inibição de várias vias metabólicas envolvidas na tolerância da planta ao estresse, como as vias dependentes do ácido jasmônico. Este estudo mostra o potencial de exopolissacarídeos de microalgas para aumentar a tolerância do tomate ao estresse salino e destaca a possibilidade de seu uso como bioestimulantes de crescimento de plantas sob condições ambientais adversas.

Abstract

Microalgal exopolysaccharides represent a potential sustainable alternative for the enhancement and protection of agricultural crops including management of both biotic and abiotic stress. In the present study, we investigated the potential of Dunaliella salina exopolysaccharides (PS) to attenuate the effect of salt stress on growth of Solanum lycopersicum, which was grown under different salinity levels (3 and 6 g L⁻¹ NaCl). The effects of PS treatment on plant growth, osmoprotectant molecules, protein content, and antioxidant enzymes activities of tomato plants under salt stress were analyzed. A metabolomics study showed that the exopolysaccharides released by D. salina contained sulfated moiety along with carbohydrates and uronic acids. The application of sulfated exopolysaccharides on tomato plants alleviated the salt stress and mitigated the decrease in length and dry weight of the plant’s shoot and root systems, as well as that of potassium (K⁺), and K⁺/Na⁺ ratio. Furthermore, the increase in proline, phenolic compounds, Na⁺, and antioxidant enzymes (CAT, POD, SOD) activities caused by salt stress were attenuated after the exopolysaccharide treatment. GC-MS metabolomics analysis showed that PS treatment allowed the activation and/or inhibition of various metabolic pathways involved in the plant’s tolerance to stress such as jasmonic acid-dependent pathways. This study shows the potential of microalgal exopolysaccharides for enhancing tomato tolerance to salt stress and highlights the possibility of their use as plant growth biostimulants under harsh environmental conditions.