Stress defense in rice: how jasmonates enhance resistance to osmotic stress
Creators: name: Tang, Gangliang
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2018
Subjects: 12-oxophytodienoic acid
abscisic acid
jasmonic acid
osmotic stress
reactive oxygen species
stomatal conductance

description: Pflanzen haben die Fähigkeit, durch abiotischen und biotischen Stress verursachte Schäden zu lindern. Phytohormone spielen eine sehr wichtige Rolle bei der Anpassung an diese Arten von Stress. Um die Rolle von Jasmonat bei der Anpassung an osmotischen Stress zu erforschen, wurde eine Jasmonsäure (JA) - Biosynthesemutante (cpm2) von Reis, die in der Funktion der ALLENOXID CYCLASE (AOC) beeinträchtigt ist, und der entsprechende Wildtyp (WT) auf ihre Reaktionen nach Behandlung mit Polyethylenglycol (PEG) 6000 untersucht. Der WT zeigte Toleranz gegenüber osmotischem Stress, der einen vorübergehenden Anstieg von JA und JA-Isoleucin (JA-Ile) in Sprossen induzierte, der einem Anstieg der Abscisinsäure (ABA) voraus ging. In den Wurzeln war das Muster des hormonellen Anstiegs ähnlich, aber die Antwort schien schneller zu sein. In cpm2-Pflanzen wurden jedoch extrem niedrige Konzentrationen von 12-Oxophytodiensäure (OPDA), JA und JA-Ile nachgewiesen, unabhängig davon, ob sie mit PEG 6000 behandelt wurden oder nicht. In cpm2-Sprossen stieg ABA weniger an als bei WT, wenn sie osmotischem Stress ausgesetzt waren, während ABA-Level in Wurzeln etwas höher waren. Dies legt nahe, dass Jasmonate an der Regulation der ABA-Biosynthese als Antwort auf osmotischen Stress in Blättern beteiligt sind.

Bei osmotischem Stress könnte das erste hormonelle Signal eine Zunahme von Jasmonaten sein, und die Akkumulation von JA im frühen Stadium von osmotischem Stress könnte zu einem späteren Anstieg der ABA führen, da WT-Sprosse mehr ABA akkumulieren wenn sie osmotischem Stress ausgesetzt sind. In Reis scheinen jedoch beide hormonellen Wege mehr oder weniger unabhängig durch osmotischen Stress induziert zu werden, da Jasmonate früher als ABA und ABA sogar in Abwesenheit von JA induziert wurde.

Wenn Pflanzen osmotischem Stress ausgesetzt sind, ist die Funktion von JA in Sprossen und Wurzeln nicht genau gleich. Kurzfristig war der Anstieg der JAs in den Wurzeln vorübergehend, während die JAs in den Sprossen im Laufe der Zeit akkumuliert wurden. Daher werden JAs hauptsächlich während einer ersten Reaktion auf diese Art von Stress gebildet. JAs werden genutzt, um molekulare Signale zu induzieren, die zur Anregung des Abwehrsystems in Wurzeln führen. Im Gegensatz dazu helfen JAs im Spross wahrscheinlich, dass sich die Pflanze durch bestimmte morphologische und physiologische Veränderungen an die raue Umwelt anpassen kann, um Wasser effizienter zu nutzen, da JAs ständig zunehmen, was mit dem Phänotyp der größeren Toleranz gegenüber osmotischem Stress korreliert. Auf längere Sicht kann JA zu einer Zunahme von Kronenwurzeln in Reaktion auf osmotischen Stress in Reis führen, was dazu beitragen kann, dass die Pflanzen mehr Wasser aus der Umgebung aufnehmen können und resistenter gegen osmotischen Stress werden.

Schließlich stellen wir auch verschiedene mögliche Mechanismen vor, um zu erklären, wie JA die osmotische Stressabwehr in Reis induziert. JA ist teilweise an der Regulation der ABA-Biosynthese in Reaktion auf osmotischen Stress in Blättern beteiligt. JA selbst und die Anreicherung von ABA induzierten das Schließen der Stomata, was in der Folge zu einer geringen Transpiration und Zurückhaltung von Wasser in den Blättern führen und das Ziel erreichen kann, sich an osmotischen Stress anzupassen. Zweitens hängt die ROS-Akkumulation mit dem endogenen JA zusammen, insbesondere kann der Anstieg von JA zu einer Abnahme des ROS-Gehalts unter osmotischen Stressbedingungen führen. Es ist zwar nicht klar, ob die Abnahme von ROS durch die blockierte Synthese verursacht wird, die aus JA resultiert, oder der Mechanismus der Eliminierung von ROS in Gegenwart von JA verstärkt ist. Wir denken, dass die Hemmung von ROS in WT die Pflanzen vor weiteren oxidativen Schäden bewahrt, da der Gehalt an Superoxid in cpm2 sehr hoch und aller Wahrscheinlichkeit nach schädlich für Reis ist. Drittens korrelierte JA mit der Regulierung der Ressourcenverteilung in Pflanzen – insbesondere mit der Regulation einiger Aminosäuren und Sekundärmetaboliten, welche die Pflanzenresistenz gegenüber osmotischem Stress erhöhen könnten. Diese Funktion von JA kann jedoch das übermäßige Wachstum (wie cpm2) von Reis hemmen und auch zum Schutz vor anderen Arten von biotischem und abiotischem Stress beitragen, da die meisten Aminosäuren und sekundären Metabolite eher der Verteidigung als dem Wachstum dienen. Letztendlich kann JA Pflanzen helfen, sich an den langfristigen osmotischen Stress anzupassen, indem sie die morphologischen Eigenschaften von Pflanzen, insbesondere die Konstruktion des Wurzelsystems, anpasst. Die Funktion von JA beim Schutz vor osmotischem Stress ist jedoch altersabhängig. Da die Verteilung von Ressourcen in jedem Stadium des Pflanzenwachstums unterschiedlich sein kann, kann auch die Anpassungsfunktion von JA an osmotischen Stress im Laufe der Zeit unterschiedlich sein.