Phytoelicitor activity of three Caribbean seaweed species on suppression of pathogenic infections in tomato plants

Resumo

Extratos de algas marinhas são comumente usados como fitoelicitores para promover o crescimento e a produtividade das culturas em todo o mundo. No entanto, sabe-se que extratos de algumas espécies de algas marinhas induzem processos de defesa nas plantas e podem ter potencial para uso como agentes de proteção de plantas no manejo de doenças de culturas. A maior parte da pesquisa sobre extratos de algas marinhas como indutores de defesas vegetais tem sido realizada em espécies de algas marinhas de clima temperado. As ilhas das Caraíbas têm uma abundância de espécies de algas tropicais ao longo das suas costas, mas o seu potencial para utilização na agricultura ainda não foi explorado. O objetivo deste estudo foi determinar o potencial fitoelicitor de extratos de três algas marinhas abundantes em Trinidad e no sul do Caribe. A eficácia dos extratos de algas marinhas na supressão de infecções por Alternaria solani e Xanthomonas campestris pv vesicatoria em tomate foi analisada. Extratos alcalinos de Ulva lactuca, Sargassum filipendula e Gelidium serrulatum foram aplicados em tomateiros inoculados com os patógenos. As plantas foram então monitorizadas ao longo do tempo quanto ao desenvolvimento de doenças, actividade de enzimas de defesa e níveis de expressão de genes marcadores chave de várias vias de defesa das plantas. As plantas tratadas com extratos de algas marinhas apresentaram redução da severidade da doença, o que foi associado a taxas elevadas de atividades de enzimas de defesa. As plantas tratadas com extrato de algas marinhas também aumentaram os níveis de expressão de genes marcadores para vias de sinalização de defesa. Os extratos de U. lactuca e S. filipendula induziram sistemas de defesa de sinalização de jasmonato. No entanto, o extrato de G. serrulatum foi capaz de induzir sequencialmente as vias de sinalização do ácido salicílico e do jasmonato e, consequentemente, mostrou-se muito eficaz no controle da intensidade de ambas as doenças. Os resultados deste estudo indicam que extratos feitos de algas tropicais encontradas localmente no sul do Caribe poderiam ser usados no tomate como fitoelicitores. Os extratos locais de algas marinhas apresentam, portanto, uma boa alternativa, potencialmente ecologicamente correta, para os agricultores do sul do Caribe no manejo de doenças causadas por A. solani e X. vesicatoria no tomate.

Abstract

Seaweed extracts are commonly used as phytoelicitors to promote crop growth and yield, worldwide. However, extracts of some seaweed species are known to induce defence processes in plants and may have potential for use as plant protection agents in the management of crop diseases. Most of the research on seaweed extracts as elicitors of plant defences have been on temperate seaweed species. Caribbean islands have an abundance of tropical seaweed species along their coasts, but their potential for use in agriculture has not been explored yet. The aim of this study was to determine the phytoelicitor potential of extracts of three seaweeds abundantly found in Trinidad and the southern Caribbean. The efficacy of the seaweed extracts in suppressing Alternaria solani and Xanthomonas campestris pv vesicatoria infections in tomato was analysed. Alkaline extracts of Ulva lactuca, Sargassum filipendula and Gelidium serrulatum were applied to tomato plants which were inoculated with the pathogens. The plants were then monitored over time for development of disease, activity of defence enzymes and expression levels of key marker genes of various plant defence pathways. Plants treated with the seaweed extracts showed reduced disease severity which was coupled with elevated rates of activities of defence enzymes. Seaweed extract-treated plants also had increased expression levels of marker genes for defence signalling pathways. The extracts of U. lactuca and S. filipendula induced jasmonate signalling defence systems. However, G. serrulatum extract was able to sequentially induce both salicylic acid and jasmonate signalling pathways and, consequently found to be very effective in controlling the intensity of both diseases. The results of this study indicate that extracts made from tropical seaweeds found locally in the southern Caribbean could be used in tomato as phytoelicitors. Local seaweed extracts therefore present a good, potentially environmentally friendly, alternative for farmers of the Southern Caribbean to manage diseases caused by A. solani and X. vesicatoria in tomato.