Physiological and biochemical aspects of maize resistance to infection by Bipolaris maydis mediated by selenium

Abstract

Epidemics of maydis leaf blight (MLB), caused by the necrotrophic fungus Bipolaris maydis, have greatly impacted maize production. The present study tested the hypothesis that a higher foliar content of selenium (Se) could help maize plants respond more efficiently against infec-tion by B. maydis. Maize plants grown in fine sand were non-supplementated (0 mM; -Se) or supplemented (26 mM; +Se) with Se (sodium selenate was used as the Se source) and non-inoculated or inoculated with B. maydis. These plants were evaluated for foliar Se content, photosynthetic performance (measurements of leaf gas exchange and chlorophyll (Chl) a flurescence parameters and the pool of photosynthetic pigments), oxidative stress (concentra-tions of malondialdehyde (MDA), hydrogen peroxide (H2O2), and superoxide anion radical (O2•-)), activities of defense-related enzymes, and concentrations of phenolics and lignin. As a result of a higher foliar Se content, the +Se plants showed reduced MLB symptoms (smaller lesions and lower disease severity) linked to less foliar oxidative stress (less production of MDA and O2•-) compared to -Se plants. Greater values for the parameters rate of net CO2 assimilation, stomatal conductance to water vapor, transpiration rate, variable-to- maximum Chl a fluorescence ratio, and photochemical yield parameters along with a preserved pool of chlorophyll a+b were noticed for +Se infected plants compared to - Se infected plants. The ß-1,3-glucanase [at 96 hours after inoculation (hai)], phenylalanine ammonia-lyase (at 24 hai), polyphenoloxidase (at 24 and 168 hai), and peroxidase (at 24, 96, and 168 hai) activities and phenolics concentration (at 24 hai) were higher for +Se infected plants compared to -Se infected plants. Taken together, these results highlight the pivotal role played by Se in increasing the resistance of maize plants against MLB considering the robustness of their defense response against infection by B. maydis and less impairment of the photosynthetic apparatus. Keywords: host defense reactions; fluorescence of chlorophyll a; photosynthesis; mineral nutrition.Epidemias da mancha de bipolaris, causada pelo fungo necrotrófico Bipolaris maydis, tem grande impacto na produção do milho. O presente estudo testou a hipótese de que um maior teor foliar de selênio (Se) poderia ajudar as plantas de milho a responder de forma mais eficiente contra a infecção por B. maydis. Plantas de milho foram cultivadas em areia fina não suplementadas (0 mM; -Se) ou suplementadas (26 mM; +Se) com Se (selenato de sódio foi usado como fonte de Se) e não inoculadas ou inoculadas com B. maydis. Essas plantas foram avaliadas quanto ao teor foliar de Se, desempenho fotossintético (parâmetros de trocas gasosas e da fluorescência da clorofila (Chl) a e pool de pigmentos fotossintéticos), estresse oxidativo (concentrações de aldeído malônico (MDA), peróxido de hidrogênio (H2O2) e radical ânion superóxido (O2•-)), atividade de enzimas de defesa e concentrações de compostos fenólicos e lignina. Devido ao maior teor foliar de Se, as plantas +Se apresentaram sintomas reduzidos de queima foliar (lesões menores e menor severidade da doença) associado com menor estresse oxidativo (menor produção de MDA e O2•-) em comparação com plantas -Se. Valores maiores para os parâmetros taxa de assimilação líquida de CO2, condutância estomática ao vapor d'água, taxa de transpiração, razão da fluorescência Chl a variável a máxima e de rendimento fotoquímico juntamente com maior concentração de clorofila a+b foram observados para plantas +Se e infectadas em comparação com plantas -Se infectadas. A atividade da ß-1,3-glucanase [às 96 horas após a inoculação (hai)], fenilalanina amônia-liase (às 24 hai), polifenoloxidase (às 24 e 168 hai) e peroxidase (às 24, 96 e 168 hai) e concentração de compostos fenólicos (às 24 hai) foram maiores para plantas +Se e infectadas em comparação com plantas -Se e infectadas. Em conclusão, estes resultados destacam um papel importante desempenhado pelo Se em aumentar a resistência das plantas de milho à mancha de bipolaris considerando a robustez das respostas de defesa contra a infecção por B. maydis e o menor comprometimento do aparelho fotossintético. Palavras-chave: reações de defesa do hospedeiro; fluorescência da clorofila a; fotossíntese; nutrição mineral.