Humic Substances Isolated from Recycled Biomass Trigger Jasmonic Acid Biosynthesis and Signalling

Resumo

A agricultura intensiva mantém altos rendimentos de culturas através de insumos químicos, que são bem conhecidos por seus efeitos adversos sobre à qualidade ambiental e à saúde humana. Tecnologias inovadoras são necessárias para reduzir o risco gerado pelo uso extensivo e prejudicial de pesticidas. Os bioestimulantes vegetais feitos a partir de substâncias húmicas isoladas de biomassa reciclável oferecem uma abordagem alternativa para suprir a necessidade de substituição de pesticidas convencionais sem comprometer o rendimento das culturas. Os efeitos estimulantes das substâncias húmicas são comumente associados com hormônios vegetais, particularmente auxinas. No entanto, o ácido jasmônico (JA) é um metabolito crucial na mediação das respostas de defesa e na regulação do crescimento e desenvolvimento das plantas. Este trabalho teve como objetivo avaliar as alterações na via de biossíntese e sinalização do JA em mudas de tomateiro tratadas com ácidos húmicos (AH) isoladas de vermicomposto. Utilizamos o sistema modelo de tomate cultivar Micro-Tom (MT) contendo um gene repórter fundido a um promotor sintético que responde ao ácido jasmônico (JERE::GUS). Os níveis do transcrito dos genes envolvidos na geração e na atividade do JA foram determinados igualmente usando o qrt-PCR. A aplicação de HA promoveu o crescimento das plantas e alterou o status de JA, como revelado pelos ensaios de GUS e qrt-PCR. Tanto a síntese enzimática JA (LOX, OPR3) quanto os genes sinalizadores JA (JAZ e JAR) foram encontrados em maiores níveis de transcrição em plantas tratadas com HA. Além disso, os componentes de sinalização de etileno (ETR4) e auxina (ARF6) foram modulados positivamente pela HA, revelando uma conversa cruzada hormonal. Nossos resultados comprovam que o sistema de defesa vegetal ligado ao JA pode ser emulado pela aplicação de HA sem inibição de crescimento.

Abstract

Intensive agriculture maintains high crop yields through chemical inputs, which are well known for their adverse effects on environmental quality and human health. Innovative technologies are required to reduce the risk generated by the extensive and harmful use of pesticides. The plant biostimulants made from humic substances isolated from recyclable biomass offer an alternative approach to address the need for replacing conventional agrochemicals without compromising the crop yield. The stimulatory effects of humic substances are commonly associated with plant hormones, particularly auxins. However, jasmonic acid (JA) is crucial metabolite in mediating the defence responses and governing plant growth and development. This work aimed to evaluate the changes in the biosynthesis and signalling pathway of JA in tomato seedlings treated with humic acids (HA) isolated from vermicompost. We use the tomato model system cultivar Micro-Tom (MT) harbouring a reporter gene fused to a synthetic promoter that responds to jasmonic acid (JERE::GUS). The transcript levels of genes involved in JA generation and activity were also determined using qRT-PCR. The application of HA promoted plant growth and altered the JA status, as revealed by both GUS and qRT-PCR assays. Both JA enzymatic synthesis (LOX, OPR3) and JA signalling genes (JAZ and JAR) were found in higher transcription levels in plants treated with HA. In addition, ethylene (ETR4) and auxin (ARF6) signalling components were positively modulated by HA, revealing a hormonal cross-talk. Our results prove that the plant defence system linked to JA can be emulated by HA application without growth inhibition.