Frontierele Melatonina atenuează boala târzie a cartofului prin perturbarea creșterii celulare, a toleranței la stres,

Interacțiuni cu agenți patogeni ai plantelor

Editat de
Jens Staal

Universitatea din Gent, Belgia

Revizuite de
Susan Breen

Școala de Științe ale Vieții, Facultatea de Științe, Universitatea din Warwick, Regatul Unit

Chenglong Liu

Texas A&M University, Statele Unite

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

frontierele

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Școală de Științe ale Vieții, Universitatea Chongqing, Chongqing, China
  • 2 Școala de științe medicale de bază, Colegiul de medicină din nordul Sichuan, Nanchong, China
  • 3 Departamentul de biologie celulară și structurală, Universitatea din Texas Health Science Center din San Antonio, San Antonio, TX, Statele Unite
  • 4 Colegiul de Agronomie și Biotehnologie, Universitatea Southwest, Chongqing, China
  • 5 Institutul de biotehnologie vegetală, Consiliul Național de Cercetare din Canada, Saskatoon, SK, Canada

Introducere

Phytophthora infestans este un agent patogen oomycete notoriu, ca agent cauzal al răului târziu al cartofului, care a declanșat Marea foamete irlandeză la mijlocul secolului al XIX-lea (Pearson, 2011). Rătăcirea târzie a cartofului este cea mai gravă amenințare pentru plantele de cartof și provoacă pierderi economice semnificative la nivel mondial (Haverkort și colab., 2008). În ultimele decenii, au fost dezvoltate și aplicate mai multe fungicide chimice pentru controlul răului târziu al cartofului, vizând mecanismele tipice de afectare a lanțului respirator, perturbarea homeostaziei metabolice și inhibarea ARN polimerazei P. infestans (Matheron și Porchas, 2000; Mitani și colab., 2001; Gullino și colab., 2010). Cu toate acestea, genomul extrem de complex și imens al P. infestans conferă acestui agent patogen capacitatea de evoluție rapidă de a depăși aceste fungicide chimice prin modificarea unei singure gene (Haas și colab., 2009). Mai mult, este important să se ia în considerare problemele de mediu, sănătate și siguranță asociate fungicidelor chimice. Astfel, se dorește și se preferă nevoia de a dezvolta alternative la abordări bazate pe fungicide, care oferă o toxicitate mai mică, o țintă mai specifică și o durabilitate ecologică.

Melatonina, un produs natural denumit și N-acetil-5-metoxitriptamină, este prezentă pe scară largă la animale, plante și microbi (Arendt, 2005; Pandi-Perumal și colab., 2006; Reiter și colab., 2014). Inițial, funcția sa este cunoscută pentru a regla ritmurile circadiene. Ulterior, alte funcții, inclusiv modularea stării de spirit, a somnului, a metabolismului și a antioxidantului, sunt stabilite și în diverse organisme (Reiter și colab., 2009, 2015, 2016; Arnao și Hernandezruiz, 2015; Manchester și colab., 2015). Mai exact, melatonina a fost raportată a fi eficientă în inhibarea creșterii celulare a unor agenți patogeni umani prin afectarea funcțiilor lor mitocondriale, inhibarea formării biofilmului și reducerea substraturilor intracelulare (Tekbas și colab., 2008; Elmahallawy și colab., 2014; Yang și colab. ., 2014). De exemplu, melatonina inhibă Leishmania prin afectarea funcțiilor mitocondriale (Elmahallawy și colab., 2014). În plus, melatonina a mediat inhibarea creșterii unei varietăți de celule canceroase, cum ar fi hepatomul prin interferența metabolismului acizilor grași (Blask și colab., 1999a, b; Sauer și colab., 2001), cancerul colorectal prin scăderea MT1 (receptorul melatoninei 1) (Farriol și colab., 2000; Nemeth și colab., 2011), tumoră hipofizară prin perturbarea receptorului nuclear (Karasek și colab., 2003). Important, o serie de studii clinice au confirmat, de asemenea, că utilizarea melatoninei este o măsură eficientă pentru a controla o varietate de boli, inclusiv boli infecțioase cauzate de bacterii patogene sau virus, cum ar fi sepsis, Herpes (Sanchezbarcelo și colab., 2010).

La plante, melatonina crește rezistența împotriva agenților patogeni prin activarea expresiei genelor de apărare, creșterea producției de NO și îngroșarea peretelui celular (Yin și colab., 2013; Lee și colab., 2014, 2015; Qian și colab., 2015; Shi și colab., 2015, 2016; Zhao și colab., 2015; Lee și Back, 2016; Wei și colab., 2017). De exemplu, diferite gene legate de patogeneză (PR) și de apărare care sunt activate de acid salicilic (SA) și etilenă (ET) s-au dovedit a fi induse de melatonină în Arabidopsis și tutun (Lee și colab., 2014, 2015 ). Melatonina induce, de asemenea, producția de NO, care joacă un rol important în răspunsul imunitar înnăscut al plantelor împotriva atacurilor de agenți patogeni bacterieni (Shi și colab., 2015). De asemenea, s-a observat că melatonina este eficientă pentru îngroșarea peretelui celular prin inducerea acumulării de celuloză, galactoză, xiloză și caloză în plante pentru a preveni infecția cu agenți patogeni (Qian și colab., 2015; Zhao și colab., 2015). Recent, au fost explorate studii privind melatonina împotriva agenților patogeni ai plantelor în mod indirect prin declanșarea imunității plantelor. Cu toate acestea, se știe puțin despre interacțiunea directă dintre melatonină și agenții patogeni ai plantelor (Arnao și Hernandezruiz, 2015).

În acest studiu, am investigat efectele directe ale melatoninei asupra P. infestans. Rezultatele și observațiile au arătat că creșterea micelială, ultrastructura celulară, toleranța la stres și susceptibilitatea fungicidă P. infestans poate fi modificat semnificativ în prezența melatoninei. Din cauza lipsei soiurilor de cartof rezistente la boala târzie, controlul acestei boli notorii depinde în mare măsură de doza mare și de frecvența de aplicare a fungicidului. Interesant este că doza de fungicid poate fi redusă semnificativ atunci când a fost combinată cu melatonină, ceea ce ar fi important pentru sănătatea umană și pentru mediu. Majoritatea studiilor anterioare despre transcriptom s-au concentrat pe gazdă-P. infestans interacțiune (Gao și colab., 2013; Ali și colab., 2014; Frades și colab., 2015; Ah-Fong și colab., 2017), dar analiza transcriptomului nostru a fost concentrată pentru a releva mecanismul de bază al melatoninei împotriva P. infestans. Constatările cheie ale acestui studiu vor fi utile pentru a explora abordările alternative pe bază de melatonină pentru combaterea târziei a cartofului.