Seeds treatment with salicylic acid increases gene expression and activity of antioxidant enzymes in wheat plants under zinc or copper deficiency

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The effect of wheat seeds treatment with salicylic acid (SA) on the expression of the TaCu/ZnSOD, TaFeSOD and TaCAT2 genes and the activity of antioxidant enzymes (superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT)) in leaves at the optimal content of zinc (2 µM) and copper (0.3 µM) in root environment or there deficiencies has been studied. It was shown for the first time that seeds treatment with SA leads to an increase of the number of genes transcripts compared to untreated plants, both under optimal conditions of mineral nutrition and under zinc or copper deficiency. The activity of enzymes, especially catalase, also increases. Judging by the MDA content, this allows one to avoid increasing the intensity of lipid peroxidation (LPO) and, accordingly, the development of oxidative stress. It is concluded that the discovered positive effect of seed treatment with SA on the activity of the main enzymes of antioxidant system may underlie the stimulating effect of this phytohormone on physiological processes in plants under microelements deficiency.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. M. Kaznina

Institute of Biology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kaznina@krc.karelia.ru
Russian Federation, Petrozavodsk

N. S. Repkina

Institute of Biology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: kaznina@krc.karelia.ru
Russian Federation, Petrozavodsk

Yu. V. Batova

Institute of Biology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: kaznina@krc.karelia.ru
Russian Federation, Petrozavodsk

А. А. Ignatenko

Institute of Biology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: kaznina@krc.karelia.ru
Russian Federation, Petrozavodsk

A. F. Titov

Institute of Biology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences

Email: kaznina@krc.karelia.ru

Corresponding Member

Russian Federation, Petrozavodsk

References

  1. Al Jabri H., Saleem M.H., Rizwa M., et al. Zinc oxide nanoparticles and their biosynthesis: Overview // Life. 2022. V. 12: 594.
  2. Zaheer I.E., Ali S., Saleem M.H., et al. Combined application of zinc and iron-lysine and its effects on morphophysiological traits, antioxidant capacity and chromium uptake in rapeseed (Brassica napus L.) // PloS One. 2022. V. 17: e0262140.
  3. Mermod M., Takusagawa M., Kurata T., et al. SQUAMOSA promoter-binding protein-like 7 mediates copper deficiency response in the presence of high nitrogen in Arabidopsis thaliana // Plant Cell Reports. 2019. V. 38 (7). P. 835–846.
  4. Gong Q., Li Z.H., Wang L., et al. Gibberellic acid application on biomass, oxidative stress response, and photosynthesis in spinach (Spinacia oleracea L.) seedlings under copper stress // Environ. Sci. Pollut. Res. 2021. V. 28. P. 53594–53604.
  5. Chen H.-H., Chen X.-F., Zheng Z.-C., et al. Characterization of copper-induced-release of exudates by Citrus sinensis roots and their possible roles in copper-tolerance // Chemosphere. 2022. V. 308 (2): 136348.
  6. Schulten A., Pietzenuk B., Quintana J., et al. Energy status-promoted growth and development of Arabidopsis require copper deficiency response transcriptional regulator SPL7 // Plant cell. 2022. V. 34. P. 3873–3898.
  7. Zeng H., Zhang X., Ding M., et al. Transcriptome profiles of soybean leaves and roots in response to zinc deficiency // Physiol. Plant. 2019. V. 167 (3). P. 330–351.
  8. Kumar D. Salicylic acid signaling in disease resistance // Plant Sci. 2014. V. 228. P. 127–134.
  9. Sharma A., Sidhu G.P., Araniti F., et al. The role of salicylic acid in plants exposed to heavy metals // Molecules. 2020. V. 25 (3): 540.
  10. Mohsenzadeh S., Shahrtash M., Mohabatkar H. Interactive effects of salicylic acid and silicon on some physiological responses of cadmium-stressed maize seedlings // Iran J. Sci. Technol. 2011. V. 35. P. 57–60.
  11. Gondor O.K., Pál M., Janda T., et al. The role of methyl salicylate in plant growth under stress conditions // J. Plant Physiology. 2022. V. 277: 153809.
  12. Ignatenko A.A., Nilova I.A., Kholoptseva E.S., et al. Effect of seed treatment with salicylic acid on the carbonic anhydrase activity, photosynthesis rate, stomatal conductance, and pigments content in wheat leaves at zinc excess // Doklady Biological Sciences. 2023.
  13. Kaznina N., Repkina N., Ignatenko A., et al. Effect of salicylic acid on physiological parameters of wheat under zinc or copper deficiency // Vegetos. 2023. V. 36 (3).
  14. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2–ΔΔCt method // Methods. 2001. V. 25. P. 402–408.
  15. Yamasaki H., Abdel-Ghany S.E., Cohu C.M., et al. Regulation of copper homeostasis by micro-RNA in Arabidopsis // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. P. 16369–16378.
  16. Li Y., Zhang Y., Shi D., et al. Spatial-temporal analysis of zinc homeostasis reveals the response mechanisms to acute zinc deficiency in Sorghum bicolor // New Phytol. 2013. V. 200. P. 1102–1115.
  17. Hacisalihoglu G., Hart J.J., Wang Y.-H., et al. Zinc efficiency is correlated with enhanced expression and activity of zinc-requiring enzymes in wheat // Plant Physiol. 2003. V. 131. P. 595–602.
  18. Tewari R.K., Kumar P., Sharma P.N. An effective antioxidant defense provides protection against zinc deficiency-induced oxidative stress in Zn-efficient maize plants // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2019. V. 182. P. 701–707.
  19. Batova Yu., Kazninа N., Repkina N., et al. Effect of zinc deficiency and excess on catalase activity and HvCAT2 gene expression in barley // Vegetos. 2022. V, 35. P. 833–838.
  20. Chen W., Yang X., He Z., et al. Differential changes in photosynthetic capacity, 77 K chlorophyll fluorescence and chloroplast ultrastructure between Zn-efficient and Zn-inefficient rice genotypes (Oryza sativa) under low zinc stress // Physiol. Plant. 2008. V. 132. P. 89–101.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Effect of pretreatment of seeds with SA on the relative amount of transcripts of the TaCu/ZnSOD2 and TaFeSOD genes in wheat leaves with a lack of zinc or copper in the substrate.

Download (104KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Effect of seed pretreatment with SA on the relative amount of TaCAT gene transcripts in wheat leaves under conditions of zinc or copper deficiency in the substrate.

Download (47KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 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».