Molecular, biochemical and metabolomics analyses reveal constitutive and pathogen-induced defense responses of two sugarcane contrasting genotypes against leaf scald disease

生物 病菌 苯丙素 基因型 植物抗病性 水杨酸 代谢组学 微生物学 植物对草食的防御 生物化学 基因 生物合成 生物信息学
作者
Andressa Peres Bini,Guilherme Duarte Rossi,Yvonne Poeschl,M. T. Serra,Luís Eduardo Aranha Camargo,Cláudia Barros Monteiro-Vitorello,Marie‐Anne Van Sluys,Nicole M. van Dam,Henriette Uthe,Silvana Creste
出处
期刊:Plant Physiology and Biochemistry [Elsevier]
卷期号:203: 108033-108033 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.plaphy.2023.108033
摘要

Leaf scald caused by the bacteria Xanthomonas albilineans is one of the major concerns to sugarcane production. To breed for resistance, mechanisms underlying plant-pathogen interaction need deeper investigations. Herein, we evaluated sugarcane defense responses against X. albilineans using molecular and biochemical approaches to assess pathogen-triggered ROS, phytohormones and metabolomics in two contrasting sugarcane genotypes from 0.5 to 144 h post-inoculation (hpi). In addition, the infection process was monitored using TaqMan-based quantification of X. albilineans and the disease symptoms were evaluated in both genotypes after 15 d post-inoculation (dpi). The susceptible genotype presented a response to the infection at 0.5 hpi, accumulating defense-related metabolites such as phenolics and flavonoids with no significant defense responses thereafter, resulting in typical symptoms of leaf scald at 15 dpi. The resistant genotype did not respond to the infection at 0.5 hpi but constitutively presented higher levels of salicylic acid and of the same metabolites induced by the infection in the susceptible genotype. Moreover, two subsequent pathogen-induced metabolic responses at 12 and 144 hpi were observed only in the resistant genotype in terms of amino acids, quinic acids, coumarins, polyamines, flavonoids, phenolics and phenylpropanoids together with an increase of hydrogen peroxide, ROS-related genes expression, indole-3-acetic-acid and salicylic acid. Multilevel approaches revealed that constitutive chemical composition and metabolic reprogramming hampers the development of leaf scald at 48 and 72 hpi, reducing the disease symptoms in the resistant genotype at 15 dpi. Phenylpropanoid pathway is suggested as a strong candidate marker for breeding sugarcane resistant to leaf scald.
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