Published October 11, 2019 | Version v1
Publication Open

Nanoapplication of a Resistance Inducer to Reduce Phytophthora Disease in Pineapple (Ananas comosus L.)

Creators

  • 1. Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences
  • 2. Deakin University

Description

Treatment of plants with a variety of abiotic and biotic inducers causes induced resistance to pathogen attack. In this study, the effect of four resistance inducers on plant diseases caused by Phytophthora cinnamomi was screened in vivo initially by using lupin, a susceptible model plant. Lupin pretreated with 0.5 mM salicylic acid (SA) showed effective resistance against P. cinnamomi with restricted lesions. Then, mesoporous silica nanoparticles (MSNs) with particle size around 20 nm and approximate pore size of 3.0 nm were synthesized and functionalized for loading and importing SA to pineapple plantlets. Decanethiol gatekeepers were introduced to the surface of MSNs via glutathione (GSH)-cleavable disulfide linkages to cover the pore entrance, which was confirmed through using Raman spectroscopy. Through free diffusion, the loading efficiency of SA in MSNs gated with gatekeepers was 11.7%, but was lower in MSNs without gatekeepers (8.0%). In addition, in vitro release profile of SA from gatekeeper-capped MSNs indicated that higher concentrations of GSH resulted in more cargo release. Moreover, the experiments in planta showed that the application of MSNs as a resistance inducer delivery system significantly improved pineapple resistance to P. cinnamomi in terms of inhibiting lesion development and improving root growth of infected plants, compared to the use of free SA and MSNs without gatekeepers. The analysis of SA, GSH, and defense-related genes, of PR1 and PR5, further confirmed that the slow and prolonged release of SA from MSNs inside the roots of pineapple plants was achieved through a redox-stimuli release mechanism. Therefore, the application of MSNs with redox-responsive gatekeepers has shown great potential as an efficient tool for delivering chemicals into plants in a controllable way.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يسبب علاج النباتات التي تحتوي على مجموعة متنوعة من المحفزات اللاأحيائية والحيوية مقاومة مستحثة للهجوم الممرض. في هذه الدراسة، تم فحص تأثير أربعة محفزات مقاومة على الأمراض النباتية التي تسببها فيتوفثورا سينامومي في الجسم الحي في البداية باستخدام الترمس، وهو نبات نموذجي حساس. أظهر الترمس المعالج مسبقًا بحمض الساليسيليك 0.5 مللي مولار (SA) مقاومة فعالة ضد P. cinnamomi مع آفات مقيدة. بعد ذلك، تم تصنيع وتفعيل الجسيمات النانوية من السيليكا متوسطة المسام (MSNs) ذات حجم الجسيمات حوالي 20 نانومتر وحجم المسام التقريبي 3.0 نانومتر لتحميل واستيراد SA إلى نباتات الأناناس. تم إدخال حراس ديكانثيول إلى سطح MSNs عبر روابط ثاني كبريتيد الجلوتاثيون (GSH) لتغطية مدخل المسام، والذي تم تأكيده من خلال استخدام مطيافية رامان. من خلال الانتشار الحر، كانت كفاءة تحميل SA في MSNs المسورة مع حراس البوابة 11.7 ٪، ولكنها كانت أقل في MSNs بدون حراس البوابة (8.0 ٪). بالإضافة إلى ذلك، أشار ملف التسرب في المختبر من SA من MSNs المغطاة بحارس البوابة إلى أن التركيزات الأعلى من GSH أدت إلى المزيد من تسريب البضائع. علاوة على ذلك، أظهرت التجارب في النباتات أن تطبيق MSNs كنظام توصيل محفز للمقاومة حسّن بشكل كبير من مقاومة الأناناس لـ P. cinnamomi من حيث تثبيط نمو الآفة وتحسين نمو الجذر للنباتات المصابة، مقارنة باستخدام SA و MSNs الحرة بدون حراس البوابة. كما أكد تحليل الجينات SA و GSH والجينات المتعلقة بالدفاع، من PR1 و PR5، أن الإطلاق البطيء والمطول لـ SA من MSNs داخل جذور نباتات الأناناس قد تحقق من خلال آلية إطلاق محفزات الأكسدة. لذلك، أظهر تطبيق MSNs مع حراس البوابات المستجيبين للاختزال إمكانات كبيرة كأداة فعالة لتوصيل المواد الكيميائية إلى المصانع بطريقة يمكن التحكم فيها.

Translated Description (French)

Le traitement des plantes avec une variété d'inducteurs abiotiques et biotiques provoque une résistance induite à l'attaque des agents pathogènes. Dans cette étude, l'effet de quatre inducteurs de résistance sur les maladies des plantes causées par Phytophthora cinnamomi a été initialement criblé in vivo à l'aide de lupin, une plante modèle sensible. Le lupin prétraité avec 0,5 mM d'acide salicylique (SA) a montré une résistance efficace contre P. cinnamomi avec des lésions restreintes. Ensuite, des nanoparticules de silice mésoporeuses (MSN) d'une taille de particule d'environ 20 nm et d'une taille de pore approximative de 3,0 nm ont été synthétisées et fonctionnalisées pour le chargement et l'importation de SA dans les plantules d'ananas. Des portiques de décanethiol ont été introduits à la surface des MSN via des liaisons disulfures clivables par glutathion (GSH) pour couvrir l'entrée des pores, ce qui a été confirmé par spectroscopie Raman. Grâce à la diffusion libre, l'efficacité de chargement de l'AS dans les MSN avec gardiens était de 11,7 %, mais était plus faible dans les MSN sans gardiens (8,0 %). En outre, le profil de libération in vitro de la SA à partir de MSN coiffées d'un portier a indiqué que des concentrations plus élevées de GSH entraînaient une libération plus importante de la cargaison. De plus, les expériences in planta ont montré que l'application de MSN en tant que système d'administration d'inducteurs de résistance améliorait significativement la résistance de l'ananas à P. cinnamomi en termes d'inhibition du développement des lésions et d'amélioration de la croissance des racines des plantes infectées, par rapport à l'utilisation de SA et de MSN libres sans gardiens. L'analyse de la SA, du GSH et des gènes liés à la défense, du PR1 et du PR5, a en outre confirmé que la libération lente et prolongée de la SA à partir des MSN à l'intérieur des racines des plants d'ananas était obtenue grâce à un mécanisme de libération de stimuli redox. Par conséquent, l'application de MSN avec des contrôleurs sensibles à l'oxydoréduction a montré un grand potentiel en tant qu'outil efficace pour administrer des produits chimiques dans les usines de manière contrôlable.

Translated Description (Spanish)

El tratamiento de plantas con una variedad de inductores abióticos y bióticos causa resistencia inducida al ataque de patógenos. En este estudio, el efecto de cuatro inductores de resistencia sobre las enfermedades de las plantas causadas por Phytophthora cinnamomi se analizó in vivo inicialmente mediante el uso de altramuz, una planta modelo susceptible. El altramuz pretratado con ácido salicílico (SA) 0,5 mM mostró resistencia efectiva contra P. cinnamomi con lesiones restringidas. Luego, se sintetizaron y funcionalizaron nanopartículas de sílice mesoporosa (MSN) con un tamaño de partícula de alrededor de 20 nm y un tamaño de poro aproximado de 3,0 nm para cargar e importar SA a plántulas de piña. Los guardianes de decanotiol se introdujeron en la superficie de los MSN a través de enlaces disulfuro escindibles por glutatión (GSH) para cubrir la entrada del poro, lo que se confirmó mediante el uso de espectroscopía Raman. A través de la difusión libre, la eficiencia de carga de SA en MSNs gated con gatekeepers fue del 11.7%, pero fue menor en MSNs sin gatekeepers (8.0%). Además, el perfil de liberación in vitro de SA a partir de MSN con protección de control de acceso indicó que concentraciones más altas de GSH dieron como resultado una mayor liberación de carga. Además, los experimentos en planta mostraron que la aplicación de MSN como sistema de administración de inductores de resistencia mejoró significativamente la resistencia de la piña a P. cinnamomi en términos de inhibición del desarrollo de lesiones y mejora del crecimiento de las raíces de las plantas infectadas, en comparación con el uso de SA y MSN libres sin guardianes. El análisis de SA, GSH y genes relacionados con la defensa, de PR1 y PR5, confirmó además que la liberación lenta y prolongada de SA de MSN dentro de las raíces de las plantas de piña se logró a través de un mecanismo de liberación de estímulos redox. Por lo tanto, la aplicación de MSN con guardianes de respuesta redox ha demostrado un gran potencial como herramienta eficiente para entregar productos químicos a las plantas de una manera controlable.

Files

pdf.pdf

Files (3.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:6a7aaad4a664caa6cacd108eaa6fbf54
3.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التطبيق النانوي لمحفز المقاومة للحد من مرض Phytophthora في الأناناس (Ananas comosus L.)
Translated title (French)
Nanoapplication d'un inducteur de résistance pour réduire la maladie de Phytophthora chez l'ananas (Ananas comosus L.)
Translated title (Spanish)
Nanoaplicación de un inductor de resistencia para reducir la enfermedad por Phytophthora en piña (Ananas comosus L.)

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2971592981
DOI
10.3389/fpls.2019.01238

Is supplement to
https://openalex.org/W3009241478 (Other)
https://openalex.org/W3006710428 (Other)
https://openalex.org/W2996901922 (Other)
https://openalex.org/W2899177232 (Other)
https://openalex.org/W2516019631 (Other)
https://openalex.org/W2188874121 (Other)
https://openalex.org/W2001201638 (Other)
https://openalex.org/W1987003587 (Other)
https://openalex.org/W1976771039 (Other)
https://openalex.org/W1917911612 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1032951783
  • https://openalex.org/W1503262528
  • https://openalex.org/W1787086433
  • https://openalex.org/W1847642808
  • https://openalex.org/W1971925692
  • https://openalex.org/W1979229077
  • https://openalex.org/W1979687496
  • https://openalex.org/W1984844766
  • https://openalex.org/W1996419244
  • https://openalex.org/W1997361877
  • https://openalex.org/W1998305436
  • https://openalex.org/W1999091556
  • https://openalex.org/W2011254969
  • https://openalex.org/W2019750890
  • https://openalex.org/W2024139601
  • https://openalex.org/W2029759202
  • https://openalex.org/W2059369728
  • https://openalex.org/W2075964201
  • https://openalex.org/W2082888909
  • https://openalex.org/W2102893702
  • https://openalex.org/W2111520154
  • https://openalex.org/W2119903492
  • https://openalex.org/W2121197286
  • https://openalex.org/W2125193314
  • https://openalex.org/W2128977850
  • https://openalex.org/W2136656326
  • https://openalex.org/W2145725596
  • https://openalex.org/W2151862945
  • https://openalex.org/W2165295937
  • https://openalex.org/W2293648602
  • https://openalex.org/W2312199777
  • https://openalex.org/W2402396205
  • https://openalex.org/W2461045478
  • https://openalex.org/W2474596120
  • https://openalex.org/W2514385591
  • https://openalex.org/W2584881411
  • https://openalex.org/W2647657947
  • https://openalex.org/W2744380835
  • https://openalex.org/W2752928313
  • https://openalex.org/W2766134142
  • https://openalex.org/W2783191685
  • https://openalex.org/W2783767255
  • https://openalex.org/W4211257450
  • https://openalex.org/W76449920