Volatilele rădăcinii în interacțiunile plante - plante II Volatilele radiculare modifică chimia rădăcinii și

Laborator cheie de ecologie a plantelor acvatice și a bazinului hidrografic, Grădina Botanică Wuhan, Academia Chineză de Științe, Wuhan, China

Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Berna, Elveția

Corespondenţă

Wei Huang, Laboratorul cheie de ecologie a plantelor acvatice și a bazinelor hidrografice, Grădina Botanică Wuhan, Academia Chineză de Științe, Wuhan 430074, China.

Matthias Erb, Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Altenbergrain 21, Berna 3013, Elveția.

Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Berna, Elveția

Corespondenţă

Wei Huang, Laboratorul cheie de ecologie a plantelor acvatice și a bazinelor hidrografice, Grădina Botanică Wuhan, Academia Chineză de Științe, Wuhan 430074, China.

Matthias Erb, Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Altenbergrain 21, Berna 3013, Elveția.

Laborator cheie de ecologie a plantelor acvatice și a bazinului hidrografic, Grădina Botanică Wuhan, Academia Chineză de Științe, Wuhan, China

Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Berna, Elveția

Corespondenţă

Wei Huang, Laboratorul cheie de ecologie a plantelor acvatice și a bazinului hidrografic, Grădina Botanică Wuhan, Academia Chineză de Științe, Wuhan 430074, China.

Matthias Erb, Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Altenbergrain 21, Berna 3013, Elveția.

Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Berna, Elveția

Corespondenţă

Wei Huang, Laboratorul cheie de ecologie a plantelor acvatice și a bazinelor hidrografice, Grădina Botanică Wuhan, Academia Chineză de Științe, Wuhan 430074, China.

Matthias Erb, Institutul de Științe ale Plantelor, Universitatea din Berna, Altenbergrain 21, Berna 3013, Elveția.

Abstract

1. INTRODUCERE

Plantele emit o varietate de compuși organici volatili (COV) care pot afecta comportamentul și performanța altor organisme. COV induse de ierbivor, de exemplu, pot spori apărarea și rezistența plantelor învecinate (Arimura și colab., 2000; Engelberth, Alborn, Schmelz și Tumlinson, 2004; Erb și colab., 2015; Frost, Mescher, Carlson și De Moraes, 2008; Karban, Yang și Edwards, 2014; Pearse, Hughes, Shiojiri, Ishizaki și Karban, 2013; Sugimoto și colab., 2014). Deoarece beneficiul pentru planta emițătoare este neclar, acest fenomen este de obicei privit ca o formă de „ascultare” de către receptor mai degrabă decât o formă de comunicare (Heil & Karban, 2010). Din perspectiva unei plante emițătoare, ar părea avantajos să se utilizeze COV-uri pentru a suprima mai degrabă decât a spori apărarea la vecini (Heil & Karban, 2010). Cu toate acestea, se știe puțin despre capacitatea COV de a suprima mijloacele de apărare și de a spori ratele de atac al erbivorilor la plantele vecine. S-a constatat că plantele de broccoli primesc mai multă ovipoziție de molii de diamant după expunerea la COV de la specificații deteriorați (Li & Blande, 2015). Mai mult, expunerea la COV de la vecinii avariați crește daunele erbivore asupra soțiilor care suflă (Achyrachaena mollis) și charlock (Sinapis arvensis) (Pearse și colab., 2012). În cele din urmă, expunerea volatilă cu frunze verzi (GLV) suprimă mai multe gene legate de apărare în tutunul coiot (Nicotiana attenuata; Paschold, Halitschke și Baldwin, 2006). În mod clar, capacitatea COV de a suprima mai degrabă decât de a induce apărarea necesită mai multă atenție pentru a înțelege modul în care COV influențează interacțiunile dintre plante și erbivore ale plantelor învecinate (Erb, 2018a).

Majoritatea studiilor privind efectele COV asupra vecinilor plantelor s-au concentrat asupra filosferei. Cu toate acestea, plantele eliberează, de asemenea, cantități semnificative de COV în rizosferă, care pot afecta apărarea plantelor și interacțiunile plante-erbivore (Delory, Delaplace, Fauconnier și du Jardin, 2016). Substanțele chimice din rădăcini, inclusiv COV, pot afecta germinarea și creșterea plantelor învecinate (Ens, Bremner, French și Korth, 2009; Jassbi, Zamanizadehnajari și Baldwin, 2010) și comportamentul și performanța erbivorelor (Hu, Mateo și colab. ., 2018; Robert, Erb și colab., 2012; Robert, Veyrat și colab., 2012). Prin urmare, este rezonabil să presupunem că COV-urile din rădăcină pot afecta, de asemenea, interacțiunile dintre plante și erbivore ale plantelor învecinate. S-a demonstrat că exudatele rădăcinii și rețelele miceliale modifică apărarea plantelor și interacțiunile plantelor erbivore la plantele învecinate (Babikova și colab., 2013; Dicke și Dijkman, 2001), dar rolul specific al COV-urilor rădăcinii în interacțiunea plantă-plantă are, ceea ce știm, nu a fost abordat (Delory și colab., 2016).

2 METODE ȘI MATERIALE

2.1 Sistemul de studiu

Sistemul de studiu a constat T. oficial (Genotipul A34) ca plantă receptoare, C. stoebe ca plantă emițătoare și M. melolontha ca erbivor al T. oficial. T. oficial semințele au fost obținute din plante A34 cultivate în seră. C. stoebe Semințele L. (diploide) au fost obținute de la un furnizor comercial (UFA - SAMEN, Winterthur, Elveția). M. melolontha larvele au fost colectate dintr-o curte de măr din Sion, Elveția (46,21 ° N, 7,38 ° E). Larvele au fost crescute pe felii de morcov în condiții controlate (12 ° C, 60% umiditate și întuneric constant) timp de câteva săptămâni până la începutul experimentelor.

2.2 Impactul C. stoebe rădăcină COV pe interacțiunea dintre T. oficial și M. melolontha

2.3 Analiza profilurilor VOC rădăcină în decalaj

2.4 Contribuția de (E) -β‐Interacțiuni cariofilenă-plantă

(E) -β‐Cariofilena este unul dintre sesquiterpenele majore eliberate de C. stoebe rădăcini și este produs de terpena sintază exprimată de rădăcină CsTPS4 (Gfeller și colab., 2019). Pentru a testa dacă (E) -β‐Cariofilena este suficientă pentru a explica creșterea crescută a M. melolontha el T. oficial plante, am determinat concentrația de (E) -β‐Cariofilena în golul de aer dintre rizosfera din C. stoebe și T. oficial (a se vedea mai sus) și apoi a utilizat dozele sintetice corespunzătoare pentru a investiga impactul acestuia asupra interacțiunii dintre T. oficial și M. melolontha. Un desen schematic al setării este prezentat în Figura 4a.

Pentru a verifica dacă putem imita (E) -β‐Eliberarea de carofilenă a C. stoebe cu un dozator care conține materiale sintetice (E) -β‐Cariofilenă, am măsurat (E) -β‐Cariofilena în decalajul aerian al T. oficial plante care cresc cu C. stoebe sau T. oficial plante care cresc fără C. stoebe dar cu un (E) -β‐Distribuitor de cariofilenă în golul de aer ( = 16). Ambele specii de plante aveau vârsta de 7 săptămâni. Distribuitoarele au fost construite din flacoane de sticlă de 1,5 ml (VWR) care au fost străpunse de o micro-pipetă de 1 ul (Drummond) și sigilate cu parafilm (Bemis). Distribuitoarele au fost umplute cu 100 - ul (E) ‐Β - cariofilenă (˃98,5%, GC, Sigma - Aldrich). Acest dispozitiv a permis rate de eliberare constante de (E) -β‐Cariofilenă. La două zile după adăugarea dozatoarelor, (E) -β-Concentrațiile de cariofilenă au fost determinate de SPME - GC - MS așa cum s-a descris mai sus, rezultând opt replici biologice (două seturi combinate pe replică).