Role of Silicon on plant–pathogen interactions

Resumo

Embora o silício (Si) não seja reconhecido como um elemento essencial para plantas superiores em geral, ele tem efeitos benéficos no crescimento e na produção de uma ampla gama de espécies vegetais. Sabe‑se que o Si mitiga efetivamente vários estresses ambientais e aumenta a resistência das plantas contra patógenos fúngicos e bacterianos. Nesta revisão, os efeitos do Si nas interações planta‑patógeno são analisados, principalmente nos aspectos físicos, bioquímicos e moleculares. Na maioria dos casos, a resistência bioquímica/molecular induzida pelo Si durante as interações planta‑patógeno foi dominada como resistência conjunta, envolvendo a ativação de enzimas relacionadas à defesa, a estimulação da produção de compostos antimicrobianos, a regulação da complexa rede de vias de sinalização e a ativação da expressão de genes relacionados à defesa. A maioria dos estudos anteriores descreveu um processo independente; no entanto, a resistência da planta inteira foi raramente considerada, especialmente a interação de diferentes processos em plantas superiores. O Si pode atuar como um modulador, influenciando as respostas de defesa da planta e interagindo com componentes‑chave dos sistemas de sinalização de estresse da planta, levando à resistência induzida. O priming das respostas de defesa da planta, as alterações na homeostase dos fitormônios e a rede de componentes de sinalização de defesa são todos mecanismos potenciais envolvidos nas respostas de resistência desencadeadas pelo Si. Esta revisão resume os papéis do Si nas interações planta‑microrganismo, avalia o potencial de melhorar a resistência das plantas por meio da modificação de insumos de fertilizantes silicatados e destaca pesquisas futuras sobre o papel do Si na agricultura.

Abstract

Although silicon (Si) is not recognized as an essential element for general higher plants, it has beneficial effects on the growth and production of a wide range of plant species. Si is known to effectively mitigate various environmental stresses and enhance plant resistance against both fungal and bacterial pathogens. In this review, the effects of Si on plant–pathogen interactions are analyzed, mainly on physical, biochemical, and molecular aspects. In most cases, the Si-induced biochemical/molecular resistance during plant–pathogen interactions were dominated as joint resistance, involving activating defense-related enzymes activates, stimulating antimicrobial compound production, regulating the complex network of signal pathways, and activating of the expression of defense-related genes. The most previous studies described an independent process, however, the whole plant resistances were rarely considered, especially the interaction of different process in higher plants. Si can act as a modulator influencing plant defense responses and interacting with key components of plant stress signaling systems leading to induced resistance. Priming of plant defense responses, alterations in phytohormone homeostasis, and networking by defense signaling components are all potential mechanisms involved in Si-triggered resistance responses. This review summarizes the roles of Si in plant–microbe interactions, evaluates the potential for improving plant resistance by modifying Si fertilizer inputs, and highlights future research concerning the role of Si in agriculture.