Silica nanoparticles enhance disease resistance in Arabidopsis plants

水杨酸 拟南芥 纳米颗粒 植物抗病性 细胞外 化学 免疫系统 生物物理学 细胞生物学 纳米技术 材料科学 生物 生物化学 突变体 免疫学 基因
作者
Mohamed El-Shetehy,Aboubakr Moradi,Mattia Maceroni,Didier Reinhardt,Alke Petri‐Fink,Barbara Rothen‐Rutishauser,Félix Mauch,Fabienne Schwab
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:16 (3): 344-353 被引量:244
标识
DOI:10.1038/s41565-020-00812-0
摘要

In plants, pathogen attack can induce an immune response known as systemic acquired resistance that protects against a broad spectrum of pathogens. In the search for safer agrochemicals, silica nanoparticles (SiO2 NPs; food additive E551) have recently been proposed as a new tool. However, initial results are controversial, and the molecular mechanisms of SiO2 NP-induced disease resistance are unknown. Here we show that SiO2 NPs, as well as soluble Si(OH)4, can induce systemic acquired resistance in a dose-dependent manner, which involves the defence hormone salicylic acid. Nanoparticle uptake and action occurred exclusively through the stomata (leaf pores facilitating gas exchange) and involved extracellular adsorption in the air spaces in the spongy mesophyll of the leaf. In contrast to the treatment with SiO2 NPs, the induction of systemic acquired resistance by Si(OH)4 was problematic since high Si(OH)4 concentrations caused stress. We conclude that SiO2 NPs have the potential to serve as an inexpensive, highly efficient, safe and sustainable alternative for plant disease protection. New mechanistic insights into nanoparticle–plant interactions show that specifically designed silica nanoparticles have the potential to serve as an inexpensive, highly efficient, safe and tracelessly degradable alternative for pesticides.
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