Rice-Magnaporthe transcriptomics reveals host defense activation induced by red seaweed-biostimulant in rice plants
- Sahana N. Banakar
- M. K. PrasannaKumar
- P. Buela Parivallal
- Pramesh Devanna
- Mahesh H. B.
- Aditya Narayan Sarangi
- Puneeth M. E.
- Swathi S. Patil
Resumo
Extratos de algas vermelhas têm demonstrado induzir a tolerância ao estresse biótico em várias culturas. No entanto, são limitados os relatos sobre modificações transcricionais em plantas tratadas com bioestimulantes de algas. Para entender a resposta específica do arroz à doença da brusone em plantas tratadas com bioestimulante de algas e não tratadas, realizamos análises de transcriptômica em uma cultivar de arroz suscetível, a IR-64, em zero e 48 horas após a inoculação com Magnaporthe oryzae (cepa MG-01). Identificamos um total de 3498 genes diferencialmente expressos (DEGs), sendo 1116 DEGs explicitamente regulados nos tratamentos com patógenos. A análise funcional mostrou que a maioria dos DEGs estava envolvida em metabolismo, transporte, sinalização e defesa. Em casa de vegetação, a inoculação artificial de MG-01 em plantas tratadas com algas resultou na disseminação restrita do patógeno, levando a lesões confinadas da doença da brusone, principalmente atribuídas à acumulação de espécies reativas de oxigênio (ROS). Os DEGs nas plantas tratadas com algas estavam relacionados a fatores de transcrição de defesa, quinases, genes relacionados à patogênese, peroxidases e genes relacionados ao crescimento. A beta-D-xilosidase, um gene putativo que auxilia no reforço da parede celular secundária, foi reprimido nas plantas não tratadas, enquanto foi ativado nas plantas tratadas com algas, indicando seu papel na defesa do hospedeiro. Além disso, a fenilalanina amônia-liase, proteína relacionada à família Bet-v-I, chalcona sintase, quitinases, famílias WRKY, AP2/ERF e MYB foram ativadas em plantas de arroz tratadas com algas e desafiadas com patógenos. Assim, nosso estudo mostra que a pré-ativação de plantas de arroz com bioestimulantes de algas resultou na indução de mecanismos de defesa contra a doença da brusone, contribuindo para a proteção precoce por meio de ROS, quinases proteicas, acúmulo de metabólitos secundários e fortalecimento da parede celular.
Abstract
Red seaweed extracts have been shown to trigger the biotic stress tolerance in several crops. However, reports on transcriptional modifications in plants treated with seaweed biostimulant are limited. To understand the specific response of rice to blast disease in seaweed-biostimulant-primed and non-primed plants, transcriptomics of a susceptible rice cultivar IR-64 was carried out at zero and 48 h post inoculation with Magnaporthe oryzae (strain MG-01). A total of 3498 differentially expressed genes (DEGs) were identified; 1116 DEGs were explicitly regulated in pathogen-inoculated treatments. Functional analysis showed that most DEGs were involved in metabolism, transport, signaling, and defense. In a glass house, artificial inoculation of MG-01 on seaweed-primed plants resulted in the restricted spread of the pathogen leading to the confined blast disease lesions, primarily attributed to reactive oxygen species (ROS) accumulation. The DEGs in the primed plants were defense-related transcription factors, kinases, pathogenesis-related genes, peroxidases, and growth-related genes. The beta-D-xylosidase, a putative gene that helps in secondary cell wall reinforcement, was downregulated in non-primed plants, whereas it upregulated in the primed plants indicating its role in the host defense. Additionally, Phenylalanine ammonia-lyase, pathogenesis-related Bet-v-I family protein, chalcone synthase, chitinases, WRKY, AP2/ERF, and MYB families were upregulated in seaweed and challenge inoculated rice plants. Thus, our study shows that priming rice plants with seaweed bio-stimulants resulted in the induction of the defense in rice against blast disease. This phenomenon is contributed to early protection through ROS, protein kinase, accumulation of secondary metabolites, and cell wall strengthening.
