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Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/1746

Title: Biochemical & molecular defense responses triggered by Acibenzolar S-Methyl and a multiple-elicitor plant formulation in tomato
Other Titles: Respostas de defesa bioquímicas e moleculares ativadas por Acibenzolar S-metil e por uma formulação natural a base de múltiplos eliciadores em tomateiro
???metadata.dc.creator???: Medeiros, Fernanda Carvalho Lopes de
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Resende, Mário Lúcio Vilela de
???metadata.dc.contributor.referee1???: Souza, Ricardo Magela de
Figueira, Antonia dos Reis
Chalfun Junior, Antonio
???metadata.dc.description.concentration???: Fitopatologia
Keywords: Microarray
Systemic acquired resistance
Chitinase
β-1,3-glucanase
Peroxidase
RT-PCR
Natural formulation
ASM
Microaranjo
Quitinase
Formulação natural
???metadata.dc.date.submitted???: 8-Jun-2009
Issue Date: 2014
???metadata.dc.description.sponsorship???: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Citation: MEDEIROS, F. C. L. de. Respostas de defesa bioquímicas e moleculares ativadas por Acibenzolar S-metil e por uma formulação natural a base de múltiplos eliciadores em tomateiro. 2009. 135 p. Tese (Doutorado em Fitopatologia) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2014.
???metadata.dc.description.resumo???: Esforços têm sido mobilizados para elucidar as rotas de defesa em plantas que levam à resistência a fitopatógenos, potencialmente ativadas pelo tratamento com eliciadores. Neste sentido, a análise da expressão de genes em resposta ao tratamento com moléculas eliciadoras representa uma ferramenta para identificar características comuns e/ou das rotas de defesa. Até o presente, nenhum dado foi publicado sobre o efeito de formulações naturais no perfil da expressão gênica, mas estudos anteriores mostraram a ativação de proteínas relacionadas à patogênese (PRs) e um potencial reforço da parede celular, sugerindo que as mudanças em plantas devidas a um eliciador, baseado em formulação natural, pode estar envolvido na defesa induzida. Contudo, as respostas raramente são correlacionadas a parâmetros de crescimento ou, feita uma abordagem multiplex para estudo não apenas de produtos de início de rota como aqueles de final. O objetivo deste trabalho foi avaliar o papel de uma formulação baseada em extrato de folha de café (NEFID) na indução de respostas de defesa de plantas, pelo monitoramento de rotas de defesa nos níveis genômicos e metabólicos e, compará-lo ao indutor comercial acibenzolar-S-metil. Objetivou-se também o estudo de genes candidatos regulados pela formulação natural (NEFID) para melhor entender os mecanismos moleculares envolvidos na resistência induzida de tomate. Para este fim, plantas tratadas com os eliciadores foram desafiadas ou não com Xanthomonas vesicatoria e avaliados a severidade da doença, o crescimento e área foliar bem como os mecanismos de ativação da resposta de defesa, avaliando-se o padrão de expressão de PR-1 e glucanase, os níveis de proteínas PR (quitinase e β- 1,3-glucanase), deposição de lignina, atividades de oxidase de polifenol e peroxidase assim como o perfil geral da expressão de genes de tomate usando a técnica do microarranjo. As plantas tratadas com NEFID demonstraram 35% de redução na severidade da doença e redução de 61% foi encontrada em plantas tratadas com ASM. Esta redução na severidade foi relacionada ao rápido aumento da ativação de β-1,3-glucanase e PR-1 (12 horas após tratamento) seguida por uma resposta rápida da atividade de quitinase, glucanase, polifenoloxidase (24 horas após tratamento) e deposição de lignina. Um total de 268 genes tiveram regulação mudada devido ao tratamento com NEFID, comparado com a testemunha tratada com água, com a maioria dos genes transcritos super-expressos, os quais codificaram principalmente para transdução de sinal, defesa, estresse oxidativo e fatores de transcrição. Uma vez que nenhuma evidência para o acúmulo de ácido salicílico ou jasmônico foi encontrada, mas proteínas quinases ativadas por mitogênos (MAP3K e MAPKK) assim como proteínas sinalizadoras dependentes de cálcio (calmodulina e fosfatidilinositol) foram encontradas, é provável que esteja ocorrendo um acúmulo de PR independente de ácido salicílico. As PRs, quitinase, glucanase e peroxidase, com atividade direta relatadas sobre patógenos, foram super-expressas e elas provavelmente não sofreram regulação pós-transcripcional, uma vez que a atividade destas enzimas foi super-expressa logo às 24h após o tratamento e eventualmente permaneceram assim por pelo menos mais cinco dias (glucanase e peroxidase). Portanto, a formulação a base do extrato de planta estudado representa um potencial para o controle de um amplo espectro de doenças.
Undertaken major effort in plant biochemical research is to elucidate the defense signalling pathways in plants leading to resistance to plant pathogens and potentially triggered by elicitors. Hence, the analysis of gene expression profiles in response to an elicitor molecule treatment provided the basis to identify common and⁄or antagonistic features among defense pathways. To date, no data was published on the effect of natural formulations on genes expression profiles but earlier studies showed activation of PR-proteins and cell wall reinforcement as effective, suggesting that plant changes due to a natural formulation elicitor, might be involved in the induced defense. However, most previous work suggesting a defensive role for natural formulations provided data about downstream events (e.g., PR protein activity), without utilizing molecular techniques to reveal changes in gene expression levels. Our goal was to assess the role of a multiple-elicitor plant formulation based on coffee leaf (NEFID) in the induction of plant defense responses by probing defensive pathways at genomic and metabolic levels and comparing the responses to acibenzolar-S-methyl, a commercial inducer. In addition, we aimed to identify a set of candidate genes that would be regulated by the natural formulation and use these obtained results to better understand the molecular mechanisms underlying tomato induced resistance. For this purpose, tomato plants were treated with the elicitors, challenged or not with Xanthomonas vesicatoria, the disease severity, growth, leaf area were evaluated and the mechanisms activated were assessed, such as PR-1 and β-1,3- glucanase gene expression pattern, levels of PR proteins (chitinase and β-1,3-glucanase), lignin deposition, polyphenol-oxidase and peroxidase activities as well as the overall tomato gene expression using microarray approaches. Plantlets treated with NEFID demonstrated 35% disease severity reduction, a significatively reduction (61%) was obtained by ASM-treated plants. This severity reduction appears to be based on a rapid β-1,3-glucanase and PR-1 gene expression increase (12 hours after spraying) followed by an early response in a chitinase, glucanase and polyphenol oxidase activities (24 hours after spraying) and a high lignin deposition on leaf tissue. A total of 268 genes had changed regulation due to NEFID spraying, compared with water-treated control, with a majority of up-regulated transcripts which encoded mainly signal transduction, defense-related, oxidative burst and transcription factor genes. Since no evidence for salicylic acid or jasmonic acid buildup was found but mitogen activated proteins (MAP3K and MAPKK) as well as calcium dependent (calmodulin and phosphatidylinositol) signaling molecules were found, a SA-independent PR accumulation is likely to occur. The PRs chitinase, glucanase and peroxidase, with direct reported activity on pathogens, were up-regulated and they were not likely to suffer post-translational regulation since the corresponding enzyme activities were over-expressed as early as 24h after treatment and eventually remained as such for up to five days onward (glucanase and peroxidase). Therefore, the studied plant extract represent a potential broad spectrum disease control.
Description: Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Agronomia, área de concentração em Fitopatologia, para a obtenção do título de Doutor.
URI: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/1746
Publisher: UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
???metadata.dc.language???: pt_BR
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