Growth at elevated CO2 concentrations leads to modified profiles of secondary metabolites in tobacco cv. SamsunNN and to increased resistance against infection with potato virus Y
Resumo
O efeito de concentrações elevadas de CO2 nos níveis de metabólitos secundários foi investigado em plantas de tabaco cultivadas sob duas condições de fornecimento de nitrogênio (5 e 8 mm NH4NO3) e CO2 (350 e 1000 p.p.m.). Concentrações elevadas de CO2 resultou em um aumento dramático de fenilpropanóides nas folhas, incluindo o principal composto rico em carbono ácido clorogênico (ACG) e as cumarinas scopolin e escopoletina em ambos os adubos nitrogenados. Isso foi acompanhado pelo aumento da atividade de PAL em folhas e raízes, que foi ainda maior na menor oferta de nitrogênio. Quase nenhuma mudança foi observada para o polímero fenólico estrutural lignina e o sesquiterpenóide capsidiol. Em contraste, o CO2 elevado levou a níveis claramente reduzidos do principal constituinte rico em nitrogênio nicotina na fonte de N inferior (5 mm NH4NO3) mas não quando as plantas foram cultivadas na fonte de N superior (8 mm NH4NO3). Experimentos de inoculação com o vírus Y da batata (PVY) foram utilizados para avaliar possíveis consequências ecológicas do aumento de CO2. O título da proteína do revestimento viral foi marcadamente reduzido nas folhas nessas condições em ambos os níveis de nitrogênio. Uma vez que a expressão do gene PR e os níveis de ácido salicílico (AS) permaneceram inalterados no CO2 elevado, sugerimos que o acúmulo de fenilpropanóides, Por exemplo, o principal composto CGA e as cumarinas scopolin e scopoletin podem resultar em um confinamento mais precoce do vírus com alto teor de CO2. Com base nos nossos resultados duas conclusões finais surgem. Em primeiro lugar, o CO2 elevado leva a uma mudança na composição do metabolito secundário que é dependente da disponibilidade de nitrogênio. Em segundo lugar, as mudanças no pool de metabólitos secundários têm consequências importantes para as interações planta-patógeno como mostrado para o PVY como um organismo de teste.
Abstract
The effect of elevated CO2 concentrations on the levels of secondary metabolites was investigated in tobacco plants grown under two nitrogen supply (5 and 8 mm NH4NO3) and CO2 conditions (350 and 1000 p.p.m.) each. High CO2 resulted in a dramatic increase of phenylpropanoids in the leaves, including the major carbon-rich compound chlorogenic acid (CGA) and the coumarins scopolin and scopoletin at both nitrogen fertilizations. This was accompanied by increased PAL activity in leaves and roots, which was even higher at the lower nitrogen supply. Hardly any change was observed for the structural phenolic polymer lignin and the sesquiterpenoid capsidiol. In contrast, elevated CO2 led to clearly decreased levels of the main nitrogen-rich constituent nicotine at the lower N-supply (5 mm NH4NO3) but not when plants were grown at the higher N-supply (8 mm NH4NO3). Inoculation experiments with potato virus Y (PVY) were used to evaluate possible ecological consequences of elevated CO2. The titre of viral coat-protein was markedly reduced in leaves under these conditions at both nitrogen levels. Since PR-gene expression and free salicylic acid (SA) levels remained unchanged at elevated CO2, we suggest that the accumulation of phenylpropanoids, for example, the major compound CGA and the coumarins scopolin and scopoletin may result in an earlier confinement of the virus at high CO2. Based on our results two final conclusions emerge. First, elevated CO2 leads to a shift in secondary metabolite composition that is dependent on the availability of nitrogen. Second, changes in the pool of secondary metabolites have important consequences for plant–pathogen interactions as shown for PVY as a test organism.
A. Matros
S. Amme
B. Kettig
G. H. Buck-Sorlin
U. Sonnewald
H. P. Mock
2006 - Plant Cell Environment
