Expresia genelor CATA1-CATA4 la diferiți hibrizi de floarea-soarelui în faza de pre-atașare a interacțiunii cu Orobanche cumana

Angela Port; Maria Duca; Steliana Clapco; Ana Mutu

doi:10.52673/18570461.25.4-79.0

Autori

Angela Port Universitatea de Stat din Moldova https://orcid.org/0000-0003-3994-8918
Maria Duca Universitatea de Stat din Moldova https://orcid.org/0000-0002-5855-5194
Steliana Clapco Universitatea de Stat din Moldova https://orcid.org/0000-0001-7147-2740
Ana Mutu Universitatea de Stat din Moldova https://orcid.org/0000-0001-8603-142X

DOI:

https://doi.org/10.52673/18570461.25.4-79.0

Cuvinte cheie:

catalază, floarea-soarelui, interacțiune gazdă-parazi, lupoaie, qPCR, stres oxidativ

Rezumat

A fost investigat răspunsul transcripțional al genelor care codifică izoforme ale catalazei (CATA1–CATA4) în rădăcinile a doi hibrizi F1 de floarea-soarelui cu rezistență genetică la Orobanche cumana (Favorit și P64LE20) și al unui hibrid susceptibil (Performer), expuși stresului biotic în faza de pre-atașare a interacțiunii gazdă-parazit. Analiza comparativă a expresiei genice (qPCR), realizată atât în condiții optime de cultivare, cât și în prezența stresului biotic indus de semințele germinate ale parazitului la diferite intervale de timp (2, 6, 12, 24 ore post-inoculare), a evidențiat profile de expresie distincte. În cazul hibridului F1 Favorit a fost observat un răspuns timpuriu și dinamic, caracterizat prin activări și inhibări succesive ale expresiei genelor catalazice, indicativ pentru o strategie adaptativă eficientă de apărare antioxidantă. Al doilea hibrid rezistent, P64LE20, a prezentat un răspuns mai întârziat, însă mai moderat și sincronizat comparativ cu F1 Favorit, ceea ce sugerează existența unor variații genetice în mecanismele de reglare a rezistenței la O. cumana. În cazul hibridului susceptibil Performer, s-a observat un răspuns bifazic, caracterizat printr-o activare excesivă a expresiei genelor în primele ore, urmată de o represie accentuată la 24 de ore de la co-cultivare cu patogenul, indicând un dezechilibru în mecanismele antioxidante și o capacitate defensivă redusă.

Referințe

1. Fernández-Aparicio, M.; Reboud, X.; Gibot-Leclerc, S. Broomrape Weeds. Underground Mechanisms of Parasi-tism and Associated Strategies for their Control: A Review, în: Frontiers in Plant Science, 2016, vol. 7, art. 135, https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00135

2. Fishman, M.R.; Shirasu, K. How to resist parasitic plants: pre- and post-attachment strategies, în: Current Opinion in Plant Biology, 2021, vol. 62, art. 102004, https://doi.org/10.1016/j.pbi.2021.102004

3. Jhu, M.Y.; Sinha, N.R. Parasitic Plants: An Overview of Mechanisms by Which Plants Perceive and Respond to Parasites, în: Annual Review of Plant Biology, 2022, vol. 73, 433-455, https://doi.org/10.1146/annurev-ar-plant-102820-100635

4. Goyet, V.; Wada, S.; Cui, S.; Wakatake, T.; Shirasu, K.; Montiel, G.; Simier, P.; Yoshida, S. Haustorium Inducing Factors for Parasitic Orobanchaceae, în: Frontiers in Plant Science, 2019, vol. 10, art. 1056, https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01056

5. Brun, G.; Braem, L.; Thoiron, S.; Gevaert, K.; Goor-machtig, S.; Delavault, P. Seed germination in parasitic plants: what insights can we expect from strigolactone re-search?, în: Journal of Experimental Botany, 2018, vol. 69, nr. 9, 2265-2280, https://doi.org/10.1093/jxb/erx472

6. Madany, M.M.Y.; Zinta, G.; Abuelsoud, W.; Hozzein, W.N.; Selim, S.; Asard, H.; Elgawad, H.A. Hormonal seed-pri-ming improves tomato resistance against broomrape infecti-on, în: Journal of Plant Physiology, 2020, vol. 250, art. 153184, https://doi.org/10.1016/j.jplph.2020.153184

7. Mittler, R. ROS Are Good. In: Trends in Plant Science, 2017, vol. 22, nr. 1, 11-19, https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.08.002

8. Das, K.; Roychoudhury, A. Reactive oxygen spe-cies (ROS) and response of antioxidants as ROS-scaven-gers during environmental stress in plants, în: Frontiers in Environmental Science, 2014, vol. 2, art. 53, https://doi.org/10.3389/fenvs.2014.00053

9. Tuzet, A.; Rahantaniaina, M.S.; Noctor, G. Analy-zing the function of catalase and the ascorbate-glu-tathione pathway in H₂O₂ processing: insights from an experimentally constrained kinetic model, în: Antio-xidants & Redox Signaling, 2019, vol. 30, 1238-1268, https://doi.org/10.1089/ars.2018.7601

10. Duca, Maria. Historical aspects of sunflower resear-ches in the Republic of Moldova, în: Helia, 2015, vol. 38, nr. 62, 79-92, https://doi.org/10.1515/helia-2014-0028

11. Cochavi, A. Broomrape-host interaction: host morphology and physiology as metrics for infestation, în: Planta, 2024, vol. 261, nr. 1, art. 4, https://doi.org/10.1007/s00425-024-04581-1

12. Parker, C. Parasitic Weeds: A World Challenge, în: Weed Science, 2012, vol. 60, nr. 2, 269-276, https://doi.org/10.1614/WS-D-11-00068.1

13. Krupp, A.; Heller, A.; Spring, O. Development of phloem connection between the parasitic plant Orobanche cumana and its host sunflower, în: Protoplasma, 2019, vol. 256, 1385-1397, https://doi.org/10.1007/s00709-019-01393-z

14. Duca, Maria; Tabără, Olesea; Nechifor, Victoria; Port, Angela. Lignificarea pereților celulari la Helianthus annuus L. ca răspuns la atacul Orobanche cumana Wallr., în: Buletinul Academiei de Științe a Moldovei. Științele vieții, 2017, nr. 3(333), 84-96.

15. Mutuku, J.M.; Cui, S.; Yoshida, S.; Shirasu, K. Oroban-chaceae parasite-host interactions, în: New Phytologist, 2021, vol. 230, nr. 1, 46-59, https://doi.org/10.1111/nph.17083

16. Tabără, Olesea; Nechifor, Victoria; Port, Angela. Expresia genelor GSL1-4 în rădăcinile de floarea-soarelui infectată cu lupoaie, în: Buletinul Academiei de Științe a Moldovei. Științele vieții, 2017, nr. 2(332), 85-93.

17. Zhang, N.; Ali, S.; Huang, Q.; Yang, C.; Ali, B.; Chen, W. et al. Seed pretreatment with brassinosteroids stimulates sunflower immunity against parasitic weed (Orobanche cu-mana) infection, în: Physiologia Plantarum, 2024, vol. 176, nr. 3, e14324, https://doi.org/10.1111/ppl.14324

18. Yang, C.; Fu, F.; Zhang, N.; Wang, J.; Hu, L.; Islam, F.; Bai, Q.; Yun, X.; Zhou, W. Transcriptional profiling of underground interaction of two contrasting sunflower cultivars with the root parasitic weed Orobanche cuma-na, în: Plant and Soil, 2020, vol. 450, 303-321, https://doi.org/10.1007/s11104-020-04495-3

19. Letousey, P.; De Zélicourt, A.; Vieira Dos Santos, C.; Thoiron, S.; Monteau, F.; Simier, P.; Thalouarn, P.; De-lavault, P. Molecular analysis of resistance mechanisms to Orobanche cumana in sunflower, în: Plant Pathology, 2007, vol. 56, 536-546, https://doi.org/10.1111/j.1365-3059.2007.01575.x

20. Huang, Q.; Lei, Z.; Xiang, L.; Zhang, W.; Zhang, L.; Gao, Y. Transcriptomic Analysis of Sunflower (Helianthus annuus) Roots Resistance to Orobanche cumana at the Se-edling Stage, în: Horticulturae, 2022, vol. 8, nr. 8, art. 701, https://doi.org/10.3390/horticulturae8080701

21. Eising, R.; Trelease, R.N.; Ni, W. Biogenesis of catalase in glyoxysomes and leaf-type peroxisomes of sunflower cotyledons, în: Archives of Biochemistry and Biophysics, 1990, vol. 278, 258-264, https://doi.org/10.1016/0003-9861(90)90256-X

22. Bailly, C.; Leymarie, J.; Lehner, A.; Rousseau, S.; Côme, D.; Corbineau, F. Catalase activity and expression in developing sunflower seeds as related to drying, în: Journal of Experimental Botany, 2004, vol. 55, 475-483, https://doi.org/10.1093/jxb/erh050

23. Schmittgen, T.D.; Livak, K.J. Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method, în: Nature Pro-tocols, 2008, vol. 3, nr. 6, 1101-1108, https://doi.org/10.1038/nprot.2008.73

24. Echevarría-Zomeño, S.; Pérez-de-Luque, A.; Jorrín, J.; Maldonado, A.M. Pre-haustorial resistance to broomrape (Orobanche cumana) in sunflower (Helianthus annuus): cy-tochemical studies, în: Journal of Experimental Botany, 2006, vol. 57, nr. 15, 4189-4200, https://doi.org/10.1093/jxb/erl195

25. Flor, H.H. Current status of the gene-for-gene con-cept, în: Annual Review of Phytopathology, 1971, vol. 9, 275-296, https://doi.org/10.1146/annurev.py.09.090171.001423

26. Pavan, S.; Schiavulli, A.; Marcotrigiano, A.R., et al. Characterization of low-strigolactone germplasm in pea (Pisum sativum L.) resistant to crenate broomrape (Oroban-che crenata Forsk.), în: Molecular Plant-Microbe Interacti-ons, 2016, vol. 29, 743-749, https://doi.org/10.1094/MPMI-07-16-0134-R

27. Gobena, D.; Shimels, M.; Rich, P.J.; Ruyter-Spira, C.; Bouwmeester, H. Mutation in sorghum LOW GERMI-NATION STIMULANT 1 alters strigolactones and causes Striga resistance, în: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2017, vol. 114, 4471-4476, https://doi.org/10.1073/pnas.1618965114

28. Serghini, K.; De Luque, A.P.; Castejón-Muñoz, M.; García-Torres, L.; Jorrín, J.V. Sunflower (Helianthus an-nuus L.) response to broomrape (Orobanche cernua Loefl.) parasitism: induced synthesis and excretion of 7-hydro-xylated simple coumarins, în: Journal of Experimental Botany, 2001, vol. 52, 2227-2234, https://doi.org/10.1093/jexbot/52.364.2227

29. Wada, S.; Cui, S.; Yoshida, S. Reactive Oxygen Spe-cies (ROS) Generation Is Indispensable for Haustorium Formation of the Root Parasitic Plant Striga hermonthica, în: Frontiers in Plant Science, 2019, vol. 10, art. 328, https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00328