Induction of natural defence accompanied by salicylic acid-dependant systemic acquired resistance in tomato seedlings in response to bioelicitors isolated from green algae
Resumo
Poli e oligossacarídeos isolados da alga verde Ulva lactuca foram testados quanto à sua capacidade indutora de defesas naturais em mudas de tomateiro. Após infiltração internodal da solução bioelicitora no meio do caule de mudas de tomateiro, as capacidades elicitoras foram avaliadas através da determinação da atividade da fenilalanina amônia-liase (PAL) nas folhas localizadas acima e abaixo do local de elicitação. Os resultados obtidos mostraram que o extrato bruto de polissacarídeos de U. lactuca expressou capacidade elicitora de atividade de PAL em folhas. Este nível de expressão foi semelhante e ainda superior ao de outros polissacarídeos de algas (carragenina, laminarina e alginato). O extrato bruto de polissacarídeos continha dois polissacarídeos, o glucuronan (homopolímero não sulfatado) e o ulvan (heteropolímero sulfatado). O glucuronano não teve efeito elicitor significativo, enquanto a ulvana induziu uma capacidade elicitora superior à do extrato polissacarídico bruto. A dessulfatação do ulvano causou uma supressão da sua capacidade elicitora da atividade PAL. Os oligoulvanos (β-Δ-(4,5)-oligorhamnoglucuronanos sulfatados, grau de polimerização médio = 2) e os oligoglucuronanos (β-Δ-(4,5)-oligoglucuronanos, grau de polimerização médio = 3) foram preparados a partir do ulvan e o glucuronan usando duas enzimas específicas, uma ulvan liase e uma glucuronan liase, purificada da cepa bacteriana Ochrobactrum sp. PEC2. O tratamento de mudas de tomate com oligoulvanos foi acompanhado por forte estimulação da atividade PAL, atingindo atividade máxima 2 a 2,5 vezes maior que a do polímero ulvano. Embora os oligoglucuronanos expressassem uma capacidade elicitora na atividade PAL duas vezes superior à do polímero glucuronano, a sua indução foi menos importante que a dos oligoulvanos. A alta capacidade elicitora desses sacarídeos parece estar relacionada aos substituintes sulfato e aos resíduos de ramnose. A estimulação da atividade de PAL foi acompanhada por um aumento no teor de compostos fenólicos e uma indução de ácido salicílico nas folhas localizadas acima e abaixo do sítio de elicitação. Os tratamentos de mudas de tomateiro com elicitores de U. lactuca reduziram significativamente o desenvolvimento de murcha causada por Fusarium oxysporum f. sp. licopersici. A porcentagem de murchidão e mortalidade após 45 dias foi marcadamente reduzida quando as plantas foram tratadas com oligoulvanas, respectivamente 44% e 54% em comparação com as plantas de controle. A totalidade destes resultados mostrou claramente que os elicitores de U. lactuca, particularmente a ulvana e as oligoulvanas, induziram nas plântulas de tomate a estimulação das defesas sistémicas naturais acompanhadas por uma resistência sistémica adquirida que parece ser dependente do ácido salicílico.
Abstract
Poly- and oligosaccharides isolated from the green algae Ulva lactuca were tested for their capacity elicitor of natural defences in tomato seedlings. After internodal infiltration of the bioelicitor solution in the midstem of tomato seedlings, the elicitor capacities were evaluated by determining the activity of phenylalanine ammonia-lyase (PAL) in the leaves located above and below the elicitation site. The results obtained showed that the crude extract of U. lactuca polysaccharides expressed an elicitor capacity of PAL activity in leaves. This expression level was similar and even higher than the ones due to other algae polysaccharides (carrageenan, laminarin and alginate). The crude extract of polysaccharides contained two polysaccharides, the glucuronan (unsulfated homopolymer) and the ulvan (sulfated heteropolymer). The glucuronan had no significant elicitor effect whereas the ulvan induced an elicitor capacity higher than that of the crude polysaccharidic extract. The desulfation of the ulvan caused a suppression of its elicitor capacity of PAL activity. The oligoulvans (sulfated β-Δ-(4,5)-oligorhamnoglucuronans, degree of polymerization average = 2) and the oligoglucuronans (β-Δ-(4,5)-oligoglucuronans, degree of polymerization average = 3) were prepared from the ulvan and the glucuronan using two specific enzymes a ulvan lyase and a glucuronan lyase, purified from the bacterial strain Ochrobactrum sp. PEC2. The treatment of tomato seedlings with the oligoulvans was accompanied by a strong stimulation of PAL activity, reaching a maximum activity of 2–2.5 times higher than that of the ulvan polymer. Although the oligoglucuronans expressed an elicitor capacity in PAL activity twice higher than that of the glucuronan polymer, its induction was less important than the oligoulvans. The high elicitor capacity of these saccharides seemed to be related to sulfate substituents and the rhamnose residues. The stimulation of PAL activity was accompanied by an increase of phenolic compounds content and an induction of salicylic acid in the leaves located above and below the elicitation site. The treatments of tomato seedlings with U. lactuca elicitors significantly reduced wilt development caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. The percent of wilting and mortality after 45 days was markedly reduced when plants were treated with oligoulvans, respectively 44% and 54% compared to the control plants. The whole of these results showed clearly those U. lactuca elicitors, particularly the ulvan and the oligoulvans, induced in tomato seedlings the stimulation of natural systemic defences accompanied by a systemic acquired resistance that seems to be salicylic acid-dependent.
Cherkaoui El Modafar
Mohamed Elgadda
Redouan El Boutachfaiti
Elfaiza Abouraicha
Naima Zehhar
Emmanuel Petit
Zainab El Alaoui-Talibi
Bernard Courtois
Josiane Courtois
2012 - Scientia Horticulturae
