Polysaccharides from Grateloupia filicina enhance tolerance of rice seeds (Oryza sativa L.) under salt stress

Resumo

O arroz (Oryza sativa L.) é uma cultura sensível ao sal que pode ser seriamente suprimida pelo estresse salino na fase de germinação. Alguns polissacarídeos de algas marinhas podem aumentar a resistência das plantas, mas há pouca pesquisa sobre polissacarídeos de Grateloupia filicina na agricultura. Portanto, polissacarídeo de G. filicina (GFP) e polissacarídeo de G. filicina de baixo peso molecular (PM) (LGFP) foram aplicados em sementes de arroz sob estresse salino (GFP: 2.093,4 kDa, LGFP-1: 40,8 kDa, LGFP-2: 22,6 kDa , LGFP-3: 5,1 kDa, LGFP-4: 3,0 kDa). Polissacarídeos de peso molecular relativamente baixo LGFP1-4 mostraram melhor efeito que GFP, e LGFP-1 mostrou o melhor efeito no potencial de germinação, índice de germinação, comprimento da parte aérea/raiz e índice de vigor do que o controle negativo em 26,67, 14,27, 30,50, 202,65 e 162,78%, respectivamente. A concentração ideal foi determinada em 0,1 mg/mL, e o LGFP-1 aumentou o conteúdo de prolina, as atividades de superóxido dismutase (SOD) e peroxidase (POD), o que melhorou a capacidade de ajuste osmótico e eliminação de espécies reativas de oxigênio (ROS). O LGFP-1 marcado com FITC (F-LGFP-1) foi para investigar a absorção do polissacarídeo e foi observado na raiz e na parte aérea com distribuição diferente. Finalmente, a expressão do gene antiportador Na+/H+ foi regulada positivamente, o que sugeriu que o LGFP-1 poderia proteger as sementes de arroz regulando o conteúdo de Na+. Esta pesquisa mostrou potencial aplicação de polissacarídeos de G. filicina para aumentar a tolerância ao sal em sementes de arroz.
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Abstract

Rice (Oryza sativa L.) is a salt-sensitive crop which could be suppressed seriously by salt stress at germination stage. Some seaweeds polysaccharides could enhance plants resistance but there is little research about polysaccharides from Grateloupia filicina in agriculture. Therefore, G. filicina polysaccharide (GFP) and low molecular weight (MW) G. filicina polysaccharide (LGFP) were applied to rice seeds under salt stress (GFP: 2093.4 kDa, LGFP-1: 40.8 kDa, LGFP-2: 22.6 kDa, LGFP-3: 5.1 kDa, LGFP-4: 3.0 kDa). Relatively low MW polysaccharides LGFP1-4 showed better effect than GFP, and LGFP-1 showed the best effect on germination potential, germination index, shoot/root length and vigor index than negative control by 26.67, 14.27, 30.50, 202.65 and 162.78%, respectively. Optimum concentration was determined at 0.1 mg/mL, and LGFP-1 increased proline content, superoxide dismutase (SOD) and peroxidase activities (POD) which improved ability of osmotic adjustment and reactive oxygen species (ROS) scavenging. FITC-labeled LGFP-1 (F-LGFP-1) was to investigate the polysaccharide absorption and it was be observed in root and shoot with different distribution. Finally, expression of Na+/H+ antiporter gene was up regulated which suggested LGFP-1 could protect rice seeds by regulating Na+ content. This research showed potential application of polysaccharides from G. filicina for increasing rice seeds salt tolerance.