ABA- and ET-induced systemic and intergenerational resistance against rice root-knot nematodes converges on OsOsMPK5-dependent signaling

茉莉酸 脱落酸 水杨酸 生物 内生 激素 系统获得性抵抗 细胞生物学 基因 蛋白激酶A 基因表达 基因表达调控 信号转导 免疫系统 转录调控 植物激素 氟啶酮 基因敲除 遗传学 激酶 下调和上调 翻译(生物学) 生物化学 信使核糖核酸
作者
Xing Xu,Karen De Kock,Mohammad Reza Atighi,K Demeestere,Tina Kyndt
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/plphys/kiag017
摘要

Abstract Phytohormones play essential roles in plant–nematode interactions through complex crosstalk. Although these hormones often accumulate in nematode-resistant plants, the roles of abscisic acid (ABA) and ethylene (ET) in rice (Oryza sativa) resistance to the root-knot nematode (RKN) Meloidogyne graminicola (Mg) remain unclear, particularly regarding concentration dependency and underlying mechanisms. Using exogenous hormone gradient treatments, we show that only high concentrations of ABA (200 µM) and ET (500 µM) induce systemic nematode resistance. High-concentration ET triggers endogenous systemic accumulation of ET and jasmonic acid (JA), accompanied by transient suppression followed by delayed accumulation of ABA, and induces JA-, ABA-, and salicylic acid (SA)-associated transcriptional responses. Exogenous ABA leads to endogenous ABA and SA accumulation and increased expression of related genes, while it suppresses ET biosynthesis gene expression and levels, highlighting a negative feedback effect of ABA on ET. Both hormones converge on a common mitogen-activated protein kinase 5 (OsMPK5)-dependent transcriptional and translational module. Low doses of ABA (50 µM) failed to activate this module and induced plant susceptibility, highlighting a threshold requirement for immune activation. Offspring of rice plants treated bi-weekly with high doses of ABA or ET were less susceptible to nematodes. This intergenerational acquired resistance was also OsMPK5-dependent. Our findings reveal concentration-dependent systemic effects of ABA and ET, whereby high-dose ABA and ET converge on OsMPK5 to reprogram translation and defense gene expression, underpinning both immediate and heritable resistance to root-knot nematodes.

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