The form of nitrogen nutrition affects resistance against Pseudomonas syringae pv. phaseolicola in tobacco

Resumo

Diferentes formas de fertilizantes nitrogenados (N) afetam o desenvolvimento da doença; no entanto, este estudo investigou os efeitos das formas de N na resposta de hipersensibilidade (HR) a uma morte celular induzida por patógenos ligada à resistência. HR que provoca Pseudomonas syringae pv. phaseolicola foi infiltrada em folhas de tabaco alimentadas com NO3- ou NH4+. A velocidade de morte celular foi mais rápida nas plantas alimentadas com NO3 em comparação com as plantas alimentadas com NH4+, o que correlacionou, respectivamente, com aumento e diminuição da resistência. O óxido nítrico (NO) pode ser gerado pela nitratos redutase (NR) para influenciar a formação do HR. A geração de NO foi reduzida em plantas alimentadas com NH4+, onde a assimilação de N ignorou a etapa de NR. Isso foi semelhante ao induzido pelo P. syringae pv, formador de doenças.  estirpe tabaci, sugerindo ainda que a resistência foi comprometida com a alimentação de NH4+.  PR1a é um biomarcador para o sinal de defesa do ácido salicílico (AS), e a expressão foi reduzida em plantas alimentadas com NH4+ em comparação com as plantas alimentadas com NO3- 24 h após a inoculação. Este padrão correlacionou-se com as medidas reais de SA. Por outro lado, os aminoácidos totais, citosólicos e apoplásicos de glicose/frutose e sacarose foram elevados em plantas tratadas com NH. Cromatografia gasosa/espectroscopia de massa foi utilizada para caracterizar eventos metabólicos após diferentes tratamentos com N. Após a nutrição NO3- predominou a biossíntese de poliaminas, enquanto que após a nutrição NH4+ o fluxo pareceu ter se deslocado para a produção de ácido gama-aminobutírico. São discutidos os mecanismos pelos quais a alimentação com NO3 aumenta a defesa ligada à SA, NO e HR mediada por poliamina enquanto estes são comprometidos com o NH4+, que também aumenta a disponibilidade de nutrientes para patógenos.

Abstract

Different forms of nitrogen (N) fertilizer affect disease development; however, this study investigated the effects of N forms on the hypersensitivity response (HR) – a pathogen-elicited cell death linked to resistance. HR-eliciting Pseudomonas syringae pv. phaseolicola was infiltrated into leaves of tobacco fed with either NO₃^– or NH₄⁺. The speed of cell death was faster in NO₃^–-fed compared with NH₄⁺-fed plants, which correlated, respectively, with increased and decreased resistance. Nitric oxide (NO) can be generated by nitrate reductase (NR) to influence the formation of the HR. NO generation was reduced in NH₄⁺-fed plants where N assimilation bypassed the NR step. This was similar to that elicited by the disease-forming P. syringae pv. tabaci strain, further suggesting that resistance was compromised with NH₄⁺ feeding. PR1a is a biomarker for the defence signal salicylic acid (SA), and expression was reduced in NH₄⁺-fed compared with NO₃^– fed plants at 24 h after inoculation. This pattern correlated with actual SA measurements. Conversely, total amino acid, cytosolic and apoplastic glucose/fructose and sucrose were elevated in NH-treated plants. Gas chromatography/mass spectroscopy was used to characterize metabolic events following different N treatments. Following NO₃^– nutrition, polyamine biosynthesis was predominant, whilst after NH₄⁺ nutrition, flux appeared to be shifted towards the production of 4-aminobutyric acid. The mechanisms whereby NO₃^– feeding enhances SA, NO, and polyamine-mediated HR-linked defence whilst these are compromised with NH₄⁺, which also increases the availability of nutrients to pathogens, are discussed.