Plant chemical priming by humic acids

Resumo

O mercado global de substâncias húmicas tem crescido continuamente com base na percepção de suas propriedades multifuncionais como bioestimulante vegetal, veículo microbiano e agente de proteção contra estresses ambientais. Alguns ensaios de campo e muitas observações experimentais mostraram que a matéria húmica pode aliviar os efeitos do estresse abiótico. Aqui, exploramos o conceito de efeito de condicionamento químico (priming) em plantas, i.e., o pré‑condicionamento de plantas por exposição prévia a uma dose apropriada de ácidos húmicos com o objetivo de reduzir a toxicidade de uma exposição nociva subsequente a um estressor abiótico, como salinidade, seca, metais pesados e os próprios ácidos húmicos.

O estado de condicionamento (Prime State em inglês, PS) foi caracterizado usando marcadores tradicionais de estresse, como o teor de prolina e a atividade da catalase, bem como o nível de transcrição de mRNA de genes responsivos a fitohormônios, sinalização celular, genes responsivos a estresses e fatores de transcrição. Uma curva dose‑resposta foi construída para os agentes estressores, uma vez que plântulas de milho no PS foram submetidas a salinidade, seca, toxicidade por cromo e concentração de ácidos húmicos para reduzir em 50% o peso fresco da raiz em relação às plantas controle.

O PS ou resposta adaptativa por bioestimulação de substâncias húmicas foi descrito em nível transcricional, onde as vias de sinalização hormonal, incluindo ácido abscísico, giberélico e auxinas, genes funcionais abióticos específicos e genes regulatórios responsivos a estresses foram modulados positivamente.

O impacto negativo dos agentes estressores foi aliviado nas plântulas de milho condicionadas com ácidos húmicos. O condicionamento químico por substâncias húmicas é uma ferramenta promissora em fisiologia do estresse vegetal e manejo do estresse em culturas.

Abstract

Background
Global market of humic substances has been increasing steadily based on the perception of the multifunctional properties as plant biostimulant, microbial vehicle and plant protective agent against environmental stress. Some field assays and many experimental observations have shown that humic matter could relieve the abiotic stress effects. Here, we explored the plant chemical priming effect concept, i.e., plant preconditioning by prior exposure to an appropriate dose of humic acids with the objective to reduce toxicity from a subsequent harmful exposure to abiotic stressor, such as salinity, drought, heavy metals and humic acids themselves.
Materials and methods
The prime state (PS) was characterized using traditional stress markers like proline content and catalase activity was well as the transcription level of mRNA of phytohormones-responsive genes, cell signaling, stress-responsive genes and transcription factors. A dose–response curve was built for stressor agents since maize seedlings in the PS were submitted to salinity, drought, chromium toxicity and humic acids concentration to reduce 50% of root fresh weight with respect to control plants.
Results
The PS or adaptive response by biostimulation of humic substances was described at transcriptional level, where the hormonal signaling pathways including abscisic acid, gibberellic and auxins, specific abiotic functional and regulatory stress-responsive genes were positively modulated. The negative impact of stressor agents was alleviated in the maize seedlings primed by humic acids.
Conclusion
Chemical priming by humic substances is a promising field tool in plant stress physiology and crop stress management.