Impact of Microorganism Priming on Oxidative Processes and the Antioxidant Defense System of Grapes Infected with Downy Mildew

Abstract

Priming plants with natural agents, including microorganisms, is a promising alternative to chemical methods of protection in growing plants and, particularly, in viticulture. However, the molecular mechanisms of the priming phenomenon are still not fully elucidated. The antioxidant system and reactive oxygen species are known to effectively modulate plant responses to various external influences. This study aimed to identify the relationship between the priming of grapes by microorganisms and the functioning of the antioxidant system in a protective response to downy mildew infection. The experiment was carried out on leaf discs of Muscat blanc susceptible to downy mildew infected with Plasmopara viticola and treated with microorganisms incompatible with the pathogen, as well as with the corresponding symbiotic microorganisms. During the compatible interaction between P. viticola and grapes, oxidative processes were suppressed with viniferin formation. Leaf treatments with Saccharomyces cerevisiae and Bacillus subtilis effectively curbed the development of downy mildew on grape leaves. Priming with these microorganisms did not lead to a significant change in the biochemical parameters of grapes. Nevertheless, subsequent downy mildew infection initiated the formation of viniferin and maintained H2O2 content at a high level. Thus, priming with microorganisms eliminates the physiological effects of compatible interactions between downy mildew and grapes associated with blocking oxidative processes. To suppress pathogen development, host defenses and antagonistic effects of microbial priming agents are required

Прайминг растений естественными природными агентами, в том числе микроорганизмами, представляет интересную альтернативу химическим методам защиты в растениеводстве и в виноградарстве в частности. Однако молекулярные механизмы этого явления до конца не ясны. Известно, что антиоксидантная система растений и образование активных форм кислорода эффективно модулируют реакции растений на множество внешних воздействий, в том числе биотический стресс. В связи с этим цель исследования – выявление связи прайминга винограда микроорганизмами и функционирования элементов антиоксидантной системы в защитном ответе на заражение милдью. Эксперимент проводили на листовых дисках винограда восприимчивого к милдью сорта Мускат белый, зараженных Plasmopara viticola на фоне обработок несовместимыми и симбиотическими организмами. Определение содержания стильбенов, аскорбиновой кислоты проводили методом капиллярного электрофореза, содержание перекиси водорода, ТБК‑активных веществ и активность ферментов – спектрофотометрически. Совместимое взаимодействие между P. viticola и виноградом характеризовалось подавлением окислительных процессов и образованием микроботоксичной окисленной формы ресвератрола – виниферина. Эффективными в сдерживании развития милдью были обработки листьев Saccharomyces cerevisiae и Bacillus subtilis. Прайминг данными микроорганизмами не приводил к существенному изменению биохимических показателей винограда, однако последующее заражение инициировало образование виниферина и сохранение содержания H2O2 на высоком уровне. Таким образом, прайминг микроорганизмами нивелирует физиологические эффекты совместимого взаимодействия милдью и винограда, связанные с блокированием окислительных процессов у винограда. Для полного сдерживания развития патогена требуются защитные реакции растения-хозяина и антагонистическое воздействие со стороны микроорганизмов – агентов прайминга