Overexpression of the aphid-induced serine protease inhibitor <i>CI2c </i>gene in barley affects the generalist green peach aphid, not the specialist bird cherry-oat aphid

<div><p>Aphids are serious pests in crop plants. In an effort to identify plant genes controlling resistance against aphids, we have here studied a protease inhibitor, CI2c in barley (<i>Hordeum vulgare</i> L.). The <i>CI2c</i> gene was earlier shown to be upregulated by herbivory of the bird cherry-oat aphid <i>(Rhopalosiphum padi</i> L.<i>)</i> in barley genotypes with moderate resistance against this aphid, but not in susceptible lines. We hypothesized that CI2c contributes to the resistance. To test this idea, cDNA encoding <i>CI2c</i> was overexpressed in barley and bioassays were carried out with <i>R</i>. <i>padi</i>. For comparison, tests were carried out with the green peach aphid (<i>Myzus persicae</i> Sulzer), for which barley is a poor host. The performance of <i>R</i>. <i>padi</i> was not different on the <i>CI2c</i>-overexpressing lines in comparison to controls in test monitoring behavior and fecundity. <i>M</i>. <i>persicae</i> preference was affected as shown in the choice test, this species moved away from control plants, but remained on the <i>CI2c</i>-overexpressing lines. <i>R</i>. <i>padi</i>-induced responses related to defense were repressed in the overexpressing lines as compared to in control plants or the moderately resistant genotypes. A putative susceptibility gene, coding for a β-1,3-glucanase was more strongly induced by aphids in one of the <i>CI2c</i>-overexpressing lines. The results indicate that the CI2c inhibitor in overexpressing lines affects aphid-induced responses by suppressing defense. This is of little consequence to the specialist <i>R</i>.<i>padi</i>, but causes lower non-host resistance towards the generalist <i>M</i>. <i>persicae</i> in barley.</p></div

Brevicoryne brassicae aphids interfere with transcriptome responses of Arabidopsis thaliana to feeding by Plutella xylostella caterpillars in a density‑dependent manner

Plants are commonly attacked by multiple herbivorous species. Yet, little is known about transcriptional patterns underlying plant responses to multiple insect attackers feeding simultaneously. Here, we assessed= transcriptomic responses of Arabidopsis thaliana plants to simultaneous feeding by Plutella xylostella caterpillars and Brevicoryne brassicae aphids in comparison to plants infested by P. xylostella caterpillars alone, using microarray analysis. We particularly investigated how aphid feeding interferes with the transcriptomic response to P. xylostella caterpillars and whether this interference is dependent on aphid density and time since aphid attack. Various JA-responsive genes were up-regulated in response to feeding by P. xylostella caterpillars. The additional presence of aphids, both at low and high densities, clearly affected the transcriptional plant response to caterpillars. Interestingly, some important modulators of plant defense signalling, including WRKY transcription factor genes and ABA-dependent genes, were differentially induced in response to simultaneous aphid feeding at low or high density compared with responses to P. xylostella caterpillars feeding alone. Furthermore, aphids affected the P. xylostella-induced transcriptomic response in a density dependent manner, which caused an acceleration in plant response against dual insect attack at high aphid density compared to dual insect attack at low aphid density. In conclusion, our study provides evidence that aphids influence the caterpillar-induced transcriptional response of A. thaliana in a density-dependent manner. It highlights the importance of addressing insect density to understand how plant responses to single attackers interfere with responses to other attackers and thus underlines the importance of the dynamics of transcriptional plant responses to multiple herbivory

Beta-glycosidase and peroxidase activity in yellow lupin seedling infected by Fusarium oxysporum f. sp. lupini

Lupine diseases caused by pathogenic fungi constitute a serious problem in agriculture. They lead to partial yield loss and deterioration of crop quality through the changes in biochemical composition of seeds or their contamination with mycotoxins. Some of common lupine diseases are fusarioses caused by Fusarium oxyspomm f. sp. lupini. Morphometric and metabolic changes were investigated in yellow lupine seedlings infected with F. oxyspomm f. sp. lupini. It was found that infection caused temporary inhibition of seedling growth, overcome at later development, and activation of ß-glycosidase and peroxidases. The changes in enzymes activity indicate the induction of defense mechanism against F. oxyspomm f. sp. lupini and inhibition of pathogen spread.Choroby łubinu powodowane przez grzyby chorobotwórcze stanowią poważny problem w rolnictwie. Prowadzą do zniszczenia części plonu oraz pogorszenia jego jakości, poprzez zmiany w składzie biochemicznym nasion lub zakażenie ich mykotoksynami. Do powszechnie występujących chorób łubinu zaliczane są fuzariozy powodowane przez Fusarium oxysporum f. sp. lupini. Badano zmiany morfologiczne oraz metaboliczne w siewkach łubinu żółtego infekowanych F. oxysporum f. sp. lupini. Stwierdzono, że infekcja spowodowała okresowe zahamowanie wzrostu siewek, przełamane w dalszej fazie ich rozwoju oraz aktywację ß-glikozydazy oraz peroksydaz. Poinfekcyjne zmiany aktywności enzymów wskazują na uruchamianie mechanizmu obronnego względem F. oxysporum f. sp. lupini i zahamowanie rozprzestrzeniania się patogena

Zależność pomiędzy poziomem węglowodanów a wrażliwością osi zarodkowych łubinu żółtego na infekcje Fusarium oxysporum SCHLECHT. f. sp. lupini

The aim of the studies was to examine whether carbohydrates being an important nutritious agent and releasing a metabolic signal may play an essential role in plant resistance to fungal infections. At the early stages of seed germination in legume plants there occurs an intensive carbohydrate consumption for respiratory processes. A significant loss of carbohydrates in the germinating seed axis leads to the so-called carbohydrate starvation, which lasts up to the moment before the developing seedling starts independent sugar synthesis. Contemporary breeding cultivars of yellow lupin are especially subjected to carbohydrate starvation, because their selection conducted with the aim to increase protein content, has consequently caused a simultaneous drop in soluble sugars in seeds. In the earliest period of development, unfavourable environmental conditions as well as deep sowing are conducive to the occurrence of fungal infections. The most common fungal diseases of seedlings are fusarioses, the first symptons of which are visible already at the time of plant emergence. So, it seems that the level of carbohydrates in seeds may play an important role in plant defense against diseases. Assuming that plants have developed a wide range of constitutive and induced defense mechanisms preventing or restricting pathogen invasion, the purpose of the present studies was to determine whether the level of carbohydrates influences plant response at the moment of pathogenic fungal attack. Since it is known that one of the first plant cell responses to pathogen invasion is the so- called oxidative burst generating free radicals, the present paper contains results of determinations of the level of free radicals and Mn⁺² ions in yellow lupin embryo axes infected with Fusarium oxyspomm f. sp. lupini. The experiments were performed on the embryo axes of yellow lupin, which after the infection were cultured in vitro for 24-96 hours on medium with 60 mmol・dm⁻³ sucrose and without sugar. Results of free radical measurements made by EPR method have showed the presence of free radicals the level of which was higher in the embryo axes infected with the spores of Fusarium oxysporum f. sp. lupini than in the noninfected material. Comparing also the free radical concentration in the material infected with Fusarium oxyspomm f. sp. lupini cultured under different trophic conditions, it has been found that the free radical level in the lupin embryo axes increased at the lack of carbohydrates. Lupin embryo axes cultured on medium with sucrose have been found to have an increase of Mn⁺² ions concentration under the influence of infection, particularly after 76 and 96 hours of culture. The obtained results suggest that the resistance mechanism of sugar-fed tissues consists in levelling free radical toxic effect.Celem badań było sprawdzenie czy węglowodany będące ważnym czynnikiem odżywczym oraz wyzwalające sygnał metaboliczny mogą odgrywać istotną rolę w odporności roślin na infekcje grzybowe. We wczesnych fazach kiełkowania nasion roślin motylkowych następuje intensywne zużycie węglowodanów do procesów oddechowych. Znaczny ubytek węglowodanów w osi kiełkującego nasienia prowadzi do tzw. głodu węglowodanowego, który trwa aż do momentu zanim rozwijająca się siewka rozpocznie samodzielną syntezę cukrów. Na głód ten narażone są szczególnie współcześnie hodowane odmiany łubinu żółtego, których selekcja prowadzona pod kątem zwiększenia poziomu białek spowodowała równoległy spadek cukrów rozpuszczalnych w nasionach. W tym najwcześniejszym okresie rozwoju, niekorzystne warunki środowiskowe oraz głęboki siew nasion sprzyjają rozwojowi infekcji grzybowych. Najczęściej występującymi chorobami grzybowymi siewek są fuzariozy, których pierwsze objawy są widoczne już w czasie wschodów roślin Wydaje się zatem, że poziom węglowodanów w nasionach może odgrywać ważną rolę w obronie organizmu przed chorobami. Przyjmując, że rośliny stosują szeroki arsenał konstytutywnych i indukowanych mechanizmów obronnych zapobiegających lub ograniczających inwazję patogenów, celem niniejszej pracy było określenie czy poziom węglowodanów wpływa na reakcje roślin w chwili ataku grzybów chorobotwórczych. Ponieważ wiadomym jest, że jedną z pierwszych odpowiedzi komórek roślinnych na inwazję patogena jest tzw. wybuch tlenowy generujący wolne rodniki, w niniejszej pracy przedstawiono wyniki oznaczeń poziomu wolnych rodników i jonów Mn⁺² w osiach zarodkowych łubinu żółtego infekowanych Fusarium oxysporum f. sp. lupini. Doświadczenia przeprowadzono na osiach zarodkowych łubinu żółtego, które po infekcji hodowano w czasie od 24 do 96 godzin in vitro na pożywce z 60 mmol・dm⁻³ sacharozy i bez cukru. Wyniki pomiaru wolnych rodników metodą EPR wykazały obecność wolnego rodnika, którego poziom w osiach zarodkowych infekowanych zarodnikami Fusarium oxysporum f. sp. lupini był wyższy w stosunku do materiału nieinfekowanego. Porównując także stężenie wolnego rodnika w materiale infekowanym Fusarium oxysporum f. sp. lupini hodowanym w różnych warunkach troficznych stwierdzono, że przy braku węglowodanów następował w osiach zarodkowych łubinu wzrost poziomu wolnego rodnika. W osiach zarodkowych łubinu hodowanych na pożywce z sacharozą stwierdzono wzrost stężenia jonów Mn⁺² pod wpływem infekcji, szczególnie po 72 i 96 godzinach hodowli. Uzyskane wyniki sugerują, że mechanizm odporności tkanek odżywionych cukrem, polega na niwelowaniu toksycznego działania wolnych rodników