Chitosan derivatives induce local and distal expression of defence-related genes in wheat ( Triticum aestivum L.) seedlings

• Juan M. Díaz Martínez ^[1] ; Emmanuel Aispuro Hernández ^[1] ; Irasema Vargas Arispuro ^[2] ; Alejandro B. Falcón Rodríguez ^[3] ; Miguel Á. Martínez Téllez ^[1]
  1. [1] Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (México)
  2. [2] Coordinación de Ciencia de los Alimentos (México)
  3. [3] Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (Cuba)

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• Localización: Agrociencia, ISSN 2521-9766, ISSN-e 1405-3195, Vol. 52, Nº. 4, 2018, págs. 497-509
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Los derivados de quitosano inducen la expresión local y a distancia de genes de protección en plántulas de trigo ( Triticum aestivum L.)
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• Resumen
  • español

    El quitosano y sus derivados son activadores de respues - tas de protección en las plantas. Las características físicas y químicas, como el peso molecular y el grado de acetilación, determinan el efecto y la especificidad. Aunque las reaccio - nes enzimáticas y bioquímicas inducidas por el quitosa - no en trigo ( Triticum aestivum ) se conocen, la activación transcripcional de marcadores de protección por derivados del quitosano no se han estudiado. La hipótesis de nuestro estudio fue que las características estructurales de los deri - vados del quitosano influirían en los patrones transcripcio - nales de respuesta de protección en trigo. El objetivo fue comparar las propiedades inductivas locales y sistémicas del quitosano y los quitooligosacáridos (COS) en plántulas de trigo mediante la expresión de los genes relacionados con la protección:

    quitinasa ( CHI ),  -1-3 glucanasa ( GLU ) y fenilalanina amonio liasa ( PAL ). Soluciones de quitosa - no y COS se caracterizaron por MALDI-TOF y se aplicaron en el sustrato o por aspersión foliar a plantas cultivadas en condiciones controladas. La expresión génica en las hojas de las plantas tratadas se analizó con RT-PCR. Los patrones de expresión se relacionaron con el gen evaluado y el tipo de activador. Los COS indujeron expresión local y distal de CHI y GLU , pero disminuyeron la de PAL . El quitosano incrementó la expresión distal de CHI y GLU , y la expre - sión local y distal de PAL. Nuestros resultados mostraron que el quitosano y los COS median diferencialmente las respuestas transcripcionales transitorias de marcadores de protección en trigo.

  • English

    Chitosan and its derivatives are elicitors of defence responses in plants. The physical and chemical characteristics, like the molecular weight and acetylation degree determine the type of effect and specificity. Although chitosan-induced biochemical and enzymatic reactions in wheat ( Triticum aestivum ) are reported, the transcriptional activation of defensive markers by chitosan derivatives remains unaddressed. The hypothesis of our study was that the different structural features of chitosan derivatives would influence the transcriptional patterns related to protective responses in wheat. The aim of our study was to compare the local and systemic inductive properties of chitosan and chitooligosaccharides (COS) in wheat seedlings through the expression of the defence-related genes chitinase ( CHI ),  -1-3 glucanase ( GLU ) and phenylalanine ammonia- lyase ( PAL ). Chitosan and COS solutions were characterized by MALDI-TOF and applied by soil drench or foliar spray to seedlings grown under controlled conditions. Gene expression levels in the leaves of treated plants were analysed by RT-PCR.

    Different expression patterns were observed according to the gene evaluated and the type of elicitor. COS induced the local and distal expression of CHI and GLU , but decreased PAL ;

    while chitosan increased the distal expression of CHI and GLU and the local and distal expression of PAL . Our results showed the capacity of chitosan and COS to differentially mediate transient transcriptional responses of defensive markers in wheat.