Analysis of gene expression changes in canola in response to inoculation with biotic and abiotic elicitors to Alternaria brassicae

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Background. Alternaria brassicae is one of the most destructive pathogens of oilseed rape growth and production. Oilseed rape roots treated with biotic and abiotic elicitors have shown resistance to A. brassicae as a result of induced systemic resistance (ISR). In this experiment, we aimed to identify resistance genes in two rapeseed genotypes (Raphanus brassica and Brassica napus).

Methods. Pseudomonas fluorescens PF83 as a biotic elicitor and with Salicylic acid (SA) as an abiotic elicitors were used induced systemic resistance in rapeseed. The expression levels of six defense-related genes (VSP2, MYC2, PR-2, PR-3, PR-4 and PR-5) by Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) at three times 24, 48 and 120 hpi.

Results. VSP2, MYC2, PR-3 and PR-4 gene expression levels increased in infected leaves by A. brassicae and in oilseed genotypes treated by PF83, while the expression levels of PR-2 and PR-5 were increased in leaves treated with SA. The results indicate that the induction of resistance genes depends on the type of elicitor, the biotic and abiotic elicitors interferes with phytohormones SA- and JA-pathways to A. brassicae, through the increase in the transcription of resistance-related genes. The abiotic elicitor is key to inducing resistance genes associated with SA-pathways, while the biotic elicitor is key to inducing resistance genes associated with JA-pathways. The results of our study provide a new understanding of the control mechanisms of A. brassica.

Conclusion. This study provides a new understanding of the control mechanisms of A. brassica. The abiotic elicitor is key to inducing resistance genes associated with SA-pathways, while the biotic elicitor is key to inducing resistance genes associated with JA-pathways.  This study explained, that the RR genome is responsible for disease resistance in oilseed R. brassica (AARR) to infection processes of A. brassicae, so we recommend that using R. brassica as resistance genotype to produce oilseed.

Об авторах

Jawadayn Alkooranee

Plant Department, College of Agriculture, Wasit University

Автор, ответственный за переписку.
Email: jalkooranee@uowasit.edu.iq
ORCID iD: 0000-0003-2997-4637
Scopus Author ID: 56951124900
Ирак, Wasit, Iraq

Список литературы

  1. Borges, C. E., Von dos Santos Veloso, R., da Conceição, C. A., Mendes, D. S., Ramirez-Cabral, N. Y. Z., Shabani, F., Shafapourtehrany, M., Nery, M. C., & da Silva, R. S. (2023). Forecasting Brassica napus production under climate change with a mechanistic species distribution model. Sci Rep, 13, 12656. https://doi.org/10.1038/s41598-023-38910-3. EDN: https://elibrary.ru/DHJJCL
  2. Lu, K., Wei, L., Li, X., et al. (2019). Whole-genome resequencing reveals Brassica napus origin and genetic loci involved in its improvement. Nature Communications, 10, 1154. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09134-9. EDN: https://elibrary.ru/ISGZFQ
  3. Lange, W. H., Toxopeus, J. H., Lubberts, Dolstra, O., & Harrewijn, J. L. (1989). The development of raparadish Brassica raphanus 2n equals 38, a new crop in Agriculture. Euphytica, 40, 1-14.
  4. Mandal, S., Rajarammohan, S., & Kaur, J. (2018). Alternaria brassicae interactions with the model Brassicaceae member Arabidopsis thaliana closely resembles those with Mustard (Brassica juncea). Physiol Mol Biol Plants, 24(1), 51-59. https://doi.org/10.1007/s12298-017-0486-z
  5. Alkooranee, J. T., Yin, Y., Aledan, T. R., Jiang, Y., Lu, G., Wu, J., & Li, M. (2015). Systemic Resistance to Powdery Mildew in Brassica napus (AACC) and Raphanus alboglabra (RRCC) by Trichoderma harzianum TH12. PLoS ONE, 10(11). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0142177
  6. Salwan, R., Sharma, M., Sharma, A., & Sharma, V. (2023). Insights into plant beneficial microorganism-triggered induced systemic resistance. Plant Stress, 7, 100140. https://doi.org/10.1016/j.stress.2023.100140. EDN: https://elibrary.ru/BALPVT
  7. Vicente, M., & Plasencia, J. (2011). Salicylic acid beyond defence: its role in plant growth and development. Journal of Experimental Botany, 1-18.
  8. Khoso, M. A., Wagan, S., Alam, I., Hussain, A., Ali, Q., Saha, S., Poudel, T. R., Manghwar, H., & Liu, F. (2024). Impact of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) on plant nutrition and root characteristics: Current perspective. Plant Stress, 11, 100341. https://doi.org/10.1016/j.stress.2023.100341. EDN: https://elibrary.ru/HMMVHH
  9. Astapati, A. D., & Nath, S. (2023). The complex interplay between plant-microbe and virus interactions in sustainable agriculture: Harnessing phytomicrobiomes for enhanced soil health, designer plants, resource use efficiency, and food security. Crop Design, 2, 100028. https://doi.org/10.1016/j.cropd.2023.100028. EDN: https://elibrary.ru/XJUXCS
  10. Cordero, A. P., Vergara, D. E. M., & Mendoza, Y. A. (2023). Production of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deaminase (ACC) by Burkholderia cepacia as an indicator of cadmium contamination. J. Posit. Sch. Psychol, 7(1), 1008-1016.
  11. Leeman, M., Van Pelt, J. A., Hendrickx, M. J., Scheffer, R. J., Bakker, P. A. H. M., & Schippers, B. (1995). Biocontrol of Fusarium wilt of radish in commercial greenhouse trials by seed treatment with P. fluorescens WCS374. Phytopathology, 85, 1301-1305. https://doi.org/10.1094/Phyto-85-1301
  12. Nandakumar, R., Babu, S., Viswanathan, R., Raguchander, T., & Samiyappan, R. (2001). Induction of systemic resistance in rice against sheath blight disease by Pseudomonas fluorescens. Soil Biology and Biochemistry, 33(4-5), 603-612. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(00)00202-9. EDN: https://elibrary.ru/ZBAFOP
  13. Anand, T., Chandrasekaran, A., Kuttalam, S., Raguchander, T., Prakasam, V., & Samiyappan, R. (2007). Association of some plant defense enzyme activities with systemic resistance to early leaf blight and leaf spot induced in tomato plants by azoxystrobin and Pseudomonas fluorescens. Journal of Plant Interactions, 2(4), 233-244. https://doi.org/10.1080/17429140701708985
  14. Bas, W. M. V., Trotel-Aziz, P., Couderchet, M., Höfte, M., & Aziz, A. (2010). Pseudomonas spp.-induced systemic resistance to Botrytis cinerea is associated with induction and priming of defence responses in grapevine. Journal of Experimental Botany, 61(1), 249-260. https://doi.org/10.1093/jxb/erp295. EDN: https://elibrary.ru/NZOCVJ
  15. Weller, D. M., Mavrodi, D. V., van Pelt, J. A., Pieterse, C. M., van Loon, L. C., & Bakker, P. A. (2012). Induced systemic resistance in Arabidopsis thaliana against Pseudomonas syringae pv. tomato by 2,4-diacetylphloroglucinol-producing Pseudomonas fluorescens. Phytopathology, 102(4), 403-412. PMID: 22409433. https://doi.org/10.1094/PHYTO-08-11-0222
  16. Madhavi, G. B., Devi, G. U., Kumar, K. V. K., Babu, T. R., & Naidu, T. C. M. (2018). Evaluation of Pseudomonas fluorescens and Trichoderma harzianum isolates in inducing systemic resistance (ISR) in maize against Rhizoctonia solani f. sp. Sasakii. International Journal of Chemical Studies, 6(2), 628-632.
  17. King, E. O., Word, M. K., & Raney, D. E. (1954). To simple media for the demonstration of pyocyamin and fluorescin. J. Lab. Clin. Med., 414, 301-307.
  18. Gomez, K. A., & Gomez, A. A. (1984). Statistical procedures for agricultural research. John Wiley and sons, Inc., London, UK (2nd ed.), pp. 13-175.
  19. Ross, A. F. (1961). Systemic acquired resistance induced by localized virus infections in plants. Virology, 14, 340-358. https://doi.org/10.1016/0042-6822(61)90319-1
  20. Terras, F. R. G., Schoofs, H. M. E., & De Bolle, M. F. C. (1992). Analysis of two novel classes of plant antifungal proteins from radish (Raphanus sativus L.) seeds. J Biol Chem, 267, 15301-15309. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)49534-3
  21. De Samblanx, G. W., Goderis, I. J., Thevissen, K., Raemaekers, R., Fant, F., Borremans, F., Acland, D. P., Osborn, R. W., Patel, S., & Broekaert, W. F. (1997). Mutational Analysis of a Plant Defensin from Radish (Raphanus sativus L.) Reveals Two Adjacent Sites Important for Antifungal Activity. The journal of Biological Chemistry, 272(2), 1171-1179. https://doi.org/10.1074/jbc.272.2.1171
  22. Pudjiraharti, S., & Karossi, A. T. A. (2009). Purification and characterization of white radish (Raphanus sativus L. var Long White) peroxidase from culture extract. Teknologi Indonesia, 32(2), 91-98.
  23. Alkooranee, J. T., Aledan, T. R., Ali, A. K., Lu, G., Zhang, X., Wu, J., Fu, C., & Li, M. (2017). Detecting the Hormonal Pathways in Oilseed Rape behind Induced Systemic Resistance by Trichoderma harzianum TH12 to Sclerotinia sclerotiorum. PLoS ONE, 12(1), e0168850. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0168850. EDN: https://elibrary.ru/YXMKMN
  24. Mercado-Blanco, J., van der Drift, K. M. G. M., Olsson, P. E., Thomas-Oates, J. E., van Loon, L. C., & Bakker, P. A. H. M. (2001). Analysis of the pmsCEAB gene cluster involved in biosynthesis of salicylic acid and the siderophore pseudomonine in the biocontrol strain Pseudomonas fluorescens WCS374. J. Bacteriol, 183(6), 1909-1920. https://doi.org/10.1128/JB.183.6.1909-1920.2001
  25. Verhagen, B. W., Trotel-Aziz, P., Couderchet, M., Höfte, M., & Aziz, A. (2010). Pseudomonas spp.-induced systemic resistance to Botrytis cinerea is associated with induction and priming of defence responses in grapevine. J Exp Bot, 61(1), 249-260. https://doi.org/10.1093/jxb/erp295. EDN: https://elibrary.ru/NZOCVJ
  26. Kloepper, J. W., Ryu, C. M., & Zhang, S. (2004). Induced systemic resistance and promotion of plant growth by Bacillus spp. Phytopathology, 94, 1259-1266. https://doi.org/10.1094/PHYTO.2004.94.11.1259
  27. Leon-Reyes, A., Van der Does, D., De Lange, E. S., Delker, C., Wasternack, C., Van Wees, S. C., Ritsema, T., & Pieterse, C. M. (2010). Salicylate-mediated suppression of jasmonate-responsive gene expression in Arabidopsis is targeted downstream of the jasmonate biosynthesis pathway. Planta, 232, 1423-1432. https://doi.org/10.1007/s00425-010-1265-z. EDN: https://elibrary.ru/DCNCRT
  28. Niu, D. D., Liu, H. X., Jiang, C. H., Wang, Y. P., Wang, Q. Y., Jin, H. L., & Guo, J. H. (2011). The plant growth-promoting rhizobacteria Bacillus cereus AR156 induces systemic resistance in Arabidopsis thaliana by simultaneously activating salicylate and jasmonate/ethylene-dependent signalling pathways. Mol Plant Microbe Interact, 24, 533-542. https://doi.org/10.1094/MPMI-09-10-0213
  29. Chitra, K., Ragupathi, N., Dhanalakshmi, K., Mareeshwari, P., Indra, N., Kamalakannan, A., Sankaralingam, A., & Rabindran, R. (2008). Salicylic acid induced systemic resistance on peanut against Alternaria alternata. Archives of Phytopathology and Plant Protection, 41(1), 50-56.
  30. Sangha, M. K., Atwal, A. K., Sandhu, P. S., Bal, R. S., & Banga, S. S. (2007). Salicylic acid induces resistance to Alternaria blight in crop Brassica species. Plant protection: Diseases, 137.
  31. Molinari, S., Fanelli, E., & Leonetti, P. (2014). Expression of tomato salicylic acid (SA)-responsive pathogenesis-related genes in Mi-1-mediated and SA-induced resistance to root-knot nematodes. Mol Plant Pathol, 15(3), 255-264. https://doi.org/10.1111/mpp.12085. EDN: https://elibrary.ru/WQZBLT

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».