Participation of jasmonic acid in the long-distance signalling from roots to shoots of peas plants under saliny

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Jasmonic acid (JA) and its derivatives are involved in the adaptation of plants to biotic and abiotic stresses, including salinization. However, there is insufficient information about the role of JA in the transmission of signals from organ to organ under the local action of abiotic factors. The signaling role of JA in connection with the reaction of shoots to salinization of the root environment of pea plants has been studied. The results of the effect of salinization on changes in the content of JA in the growing and conducting zones of roots and xylem sap, as well as the localization of JA and abscisic acid (AA) in the leaves of stressed plants due to changes in their transpiration level are presented. The content and localization of JA in leaves and roots of plants were evaluated by immunohistochemical method using specific antibodies. The purpose of this study is to check whether salinity-induced changes in the concentration of JA in roots and xylem sap can explain the accumulation of these hormones in leaves and related transpiration changes.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. R. Akhiyarova

Ufa Federal Research Center of the RAS

Author for correspondence.
Email: akhiyarova@rambler.ru

Ufa Institute of Biology

Russian Federation, prosp. October 69, Ufa 450054, Bashkortostan

G. Kh. Vafina

Ufa Federal Research Center of the RAS

Email: akhiyarova@rambler.ru

Ufa Institute of Biology

Russian Federation, prosp. October 69, Ufa 450054, Bashkortostan

A. V. Korobova

Ufa Federal Research Center of the RAS

Email: akhiyarova@rambler.ru

Ufa Institute of Biology

Russian Federation, prosp. October 69, Ufa 450054, Bashkortostan

I. I. Ivanov

Ufa Federal Research Center of the RAS

Email: akhiyarova@rambler.ru

Ufa Institute of Biology

Russian Federation, prosp. October 69, Ufa 450054, Bashkortostan

A. R. Giniyatullin

Ufa Federal Research Center of the RAS; Ufa University of Science and Technology

Email: akhiyarova@rambler.ru

Ufa Institute of Biology

Russian Federation, prosp. October 69, Ufa 450054, Bashkortostan; ul. Zaki Validi 32, Ufa 450076, Bashkortostan

E. R. Gaffarova

Ufa Federal Research Center of the RAS; Ufa University of Science and Technology

Email: akhiyarova@rambler.ru

Ufa Institute of Biology

Russian Federation, prosp. October 69, Ufa 450054, Bashkortostan; ul. Zaki Validi 32, Ufa 450076, Bashkortostan

M. I. Garipova

Ufa University of Science and Technology

Email: akhiyarova@rambler.ru
Russian Federation, ul. Zaki Validi 32, Ufa 450076, Bashkortostan

G. R. Kudoyarova

Ufa Federal Research Center of the RAS

Email: akhiyarova@rambler.ru

Ufa Institute of Biology

Russian Federation, prosp. October 69, Ufa 450054, Bashkortostan

References

  1. El. Sabagh A., Islam M.S., Skalicky M., Ali Raza M., Singh K., Anwar Hossain M., Hossain A., Mahboob W., Iqbal M.A., Ratnasekera D., Singhal R.K., Ahmed S., Kumari A., Wasaya A., Sytar O., Brestic M., ÇIG F., Erman M., Habib Ur Rahman M., Ullah N., Arshad A. Salinity stress in wheat (Triticum aestivum L.) in the changing climate: Adaptation and management strategies // Front. Agron. 2021. V. 3. P. 661932. doi: 10.3389/fagro.2021.661932
  2. Navarro-Torre S., Garcia-Caparrós P., Nogales A., Abreu M.M., Santos E., Cortinha A.L., Caperta A.D. Sustainable agricultural management of saline soils in arid and semi-arid Mediterranean regions through halophytes, microbial and soil-based technologies // Environ. Exp. Bot. 2023. V. 212. P. 105397. doi: 10.1016/j.envexpbot.2023.105397
  3. Lucas W.J., Groover A., Lichtenberger R., Furuta K., Yadav S.R., Helariutta Y., He X.Q., Fukuda H., Kang J., Brady S.M., Patrick J.W., Sperry J., Yoshida A., López-Millán A.-F., Grusak M.A., Kachroo P. The plant vascular system: Evolution, development and functions // J. Integr. Plant Biol. 2013. V. 55. P. 294–388. doi: 10.1111/jipb.12041
  4. Jackson M. Hormones from roots as signals for the shoots of stressed plants // Trends Plant Sci. 1997. V. 2. P. 22–28. doi: 10.1016/S1360-1385(96)10050-9
  5. Davies W.J., Zhang J. Root signals and the regulation of growth and development of plants in drying soil // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1991. V. 42. P. 55–76. doi: 10.1146/annurev.pp.42.060191.000415
  6. Wasternack C., Hause B. Jasmonates: Biosynthesis, perception, signal transduction and action in plant stress response, growth and development. An update to the 2007 review in Annals of Botany // Ann. Bot. 2013. V. 111. P. 1021–1058. doi: 10.1093/aob/mct067
  7. Lacombe B., Achard P. Long-distance transport of phytohormones through the plant vascular system // Curr. Opin. Plant Biol. 2016. V. 34. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2016.06.007
  8. Ali M.S., Baek K.-H. Jasmonic acid signaling pathway in response to abiotic stresses in plants // Inter. J. Mol. Sci. 2020. V. 21(2). P. 621, doi: 10.3390/ijms21020621
  9. Li M., Wang F., Li S., Yu G., Wang L., Li Q., Zhu X., Li Z., Yuan L., Liu P. Importers drive leaf-to-leaf jasmonic acid transmission in wound-induced systemic immunity // Mol. Plant. 2020. V. 13. P. 1485–1498. doi: 10.1016/j.molp.2020.08.017
  10. Abouelsaad I., Renault S. Enhanced oxidative stress in the jasmonic acid-deficient tomato mutant def-1 exposed to NaCl stress // J. Plant Physiol. 2018. V. 226. P. 136–144. doi: 10.1016/j.jplph.2018.04.009
  11. Ahmad B., Raina A., Naikoo M.I., Khan S. Role of methyl jasmonates in salt stress tolerance in crop plants // Plant Signal. Mol. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 2019. P. 371–384. doi: 10.1016/B978-0-12-816451-8.00023-X
  12. Liu H.R., Sun G.W., Dong L.J., Yang L.Q., Yu S.N., Zhang S.L., Liu J.F. Physiological and molecular responses to drought and salinity in soybean // Biol. Plant. 2017. V. 61. P. 557–564. doi: 10.1007/s10535-017-0703-1
  13. Akhiyarova G., Vafina G., Veselov D., Kudoyarova G. Immunolocalization of jasmonates and auxins in pea roots in connection with inhibition of root growth under salinity conditions // Inter. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 15148. https://doi.org/10.3390/ijms242015148
  14. Delgado C., Mora-Poblete F., Ahmar S., Chen J.T., Figueroa C.R. Jasmonates and plant salt stress: Molecular players, physiological effects, and improving tolerance by using genome-associated tools // Inter. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 3082. doi: 10.3390/ijms22063082
  15. Kang D.-J., Seo Y.-J., Lee J.D., Ishii R., Kim K., Shin D., Park S., Jang S., Lee I.-J. Jasmonic acid differentially affects growth, ion uptake and abscisic acid concentration in salt-tolerant and salt-sensitive rice cultivars // J. Agron. Crop Sci. 2005. V. 191. P. 273–282. doi: 10.1111/j.1439-037X.2005.00153.x
  16. Yoon J.Y., Hamayun M., Lee S.-K., Lee I.-J. Methyl jasmonate alleviated salinity stress in soybean // J. Crop. Sci. Biotechnol. 2009. V. 12. P. 63–68. doi: 10.1007/s12892-009-0060-5
  17. Javid M.G., Sorooshzadeh A., Moradi F., Modarres Sanavy S.A.M., Allahdadi I. The role of phytohormones in alleviating salt stress in crop plants // Aust. J. Crop. Sci. 2011. V. 5. P. 726–734.
  18. Fricke W., Akhiyarova G., Veselov D., Kudoyarova G. Rapid and tissue-specific changes in ABA and in growth rate in response to salinity in barley leaves // J. Exp. Bot. 2004. V. 55. P. 1115–1123. https://doi.org/10.1093/jxb/erh117
  19. Förster S., Schmidt L.K., Kopic E., Anschütz U., Huang S., Schlücking K., Köster P., Waadt R., Larrieu A., Batistič O., Rodriguez P.L., Grill E., Kudla J., Becker D. Wounding-induced stomatal closure requires jasmonate-mediated activation of gork K+ channels by a Ca2+sensor-kinase CBL1-CIPK5 complex // Dev. Cell. 2019. V. 48. P. 87–99. doi: 10.1016/j.devcel.2018.11.014
  20. De Ollas C., Arbona V., Gómez-Cadenas A., Dodd I.C. Attenuated accumulation of jasmonates modifies stomatal responses to water deficit // J. Exp. Bot. 2018. V. 69. P. 2103–2116. doi: 10.1093/jxb/ery045
  21. Veselov S.U., Kudoyarova G.R., Egutkin N.L., Gyuli Zade V.G., Mustafina A.R., Kof E.K. Modified solvent partitioning scheme providing increased specificity and rapidity of immunoassay for indole 3-acetic acid // Physiol. Plant. 1992. V. 86. P. 93–96.
  22. Korobova A., Ivanov R., Timergalina L., Vysotskaya L., Nuzhnaya T., Akhiyarova G., Kusnetsov V., Veselov D., Kudoyarova G. Effect of low light stress on distribution of auxin (indole-3-acetic acid) between shoot and roots and development of lateral roots in barley plants // Biology. 2023. V. 12. P. 787. doi: 10.3390/biology12060787
  23. Akhiyarova G.R., Ivanov R.S., Ivanov I.I., Finkina E.I., Melnikova D.N., Bogdanov I.V., Nuzhnaya T., Ovchinnikova T.V., Veselov D.S., Kudoyarova G.R. Effects of salinity and abscisic acid on lipid transfer protein accumulation, suberin deposition and hydraulic conductance in pea roots // Membranes. 2021. V. 11. P. 762. doi: 10.3390/membranes11100762
  24. Passioura J.B., Munns R. Rapid environmental changes that affect leaf water status induce transient surges or pauses in leaf expansion rate // Austral. J. Plant Physiol. 2000. V. 27. P. 941–948.
  25. Agurla S., Gahir Sh., Munemasa Sh., Murata Y., Raghavendra A.S. Mechanism of stomatal closure in plants exposed to drought and cold stress // Adv. Exp. Med. Biol. 2018. V. 1081. P. 215–232. doi: 10.1007/978-981-13-1244-1_1
  26. Ахиярова Г.Р., Фрике В., Веселов Д.С., Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю. Накопление и распределение АБК в тканях листа при кратковременном действии засоления указывает на ее роль в регуляции устьичной проводимости // Цитология. 2006. Т. 48(11). С. 918–923.
  27. Шарипова Г.В., Иванов Р.С., Высоцкая Л.Б., Ахиярова Г.Р. Влияние засоления на устьичную и гидравлическую проводимость, а также на уровень аквапоринов в клетках листьев растений ячменя, различающихся по солеустойчивости // Biomics. 2021. V. 13(3). P. 280–287. doi: 10.31301/2221-6197.bmcs.2021-19
  28. Zabadal T.J. A water potential threshold for the increase of abscisic acid in leaves // Plant. Physiol. 1974. V. 53. P. 125–127. doi: 10.1104/pp.53.1.125
  29. Valenzuela C.E., Acevedo-Acevedo O., Miranda G.S., Vergara-Barros P., Holuigue L., Figueroa C.R., Figueroa R.M. Salt stress response triggers activation of the jasmonate signaling pathway leading to inhibition of cell elongation in Arabidopsis primary root // J. Exp. Bot. 2016. V. 67. P. 4209–4220. doi: 10.1093/jxb/erw202
  30. Sack L., John G.P., Buckley T.N. ABA Accumulation in dehydrating leaves is associated with decline in cell volume, not turgor pressure // Plant Physiol. 2018. V. 176. P. 489–495. doi: 10.1104/pp.17.01097

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Effect of salinity and shoot treatment with methyl jasmonate (+MJ, 10 mM) on the rate of water loss by 8-day-old go-root (Pisum sativum) plants (n 100). The time points after addition of sodium chloride (50 mM) to the nutrient solution were 1.5, 4.5 h, and 4 days. One and two asterisks denote averages significantly different from controls at p ≤0.05 and p ≤0.01, respectively (t-test).

Download (23KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Localization of ABA in leaf stomatal cells of 8-day-old control non-stressed pea (Pisum sativum) plants (a) and 1 h after salinization (b) of nutrient solution by sodium chloride (50 mM) application. The ruler corresponds to 5 µm.

Download (28KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Localization of jasmonic acid in leaf tissues and stomatal cells of 8-day-old control non-stressed pea (Pisum sativum) plants (a, c) and 4 h after salinization (b, d) of the nutrient solution by sodium chloride (50 mM) application. The ruler corresponds to 40 µm (a, b) and 5 µm (c, d); 1 - mesophyll, 2 - conductive bundle, 3 - stomata.

Download (74KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Localization of jasmonic acid on transverse sections of conductive tissues of the basal zone of the root at a distance of 5-7 mm from the shoot base of 8-day-old control unstressed plants (a) and after 1.5 h on the background of salinization caused by the addition of 50 mM sodium chloride (b) to the nutrient solution of pea plants. The ruler corresponds to 50 µm; xc, xylem, fl, phloem.

Download (77KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Localization of jasmonic acid on longitudinal sections of the meristematic zone of roots of 11-day-old control non-stressed plants (a) and after 4 days on the background of salinization caused by the addition of 50 mM sodium chloride (b) to the nutrient solution of pea plants.The ruler corresponds to 500 µm; 1 - root sheath, 2 - bark, 3 - central cylinder.

Download (97KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».