Resistance induced in bean plants (Phaseolus vulgaris) by acibenzolar-S-methyl and Bacillus cereus: physiological and biochemical aspects, growth and production parameters

A indução de resistência envolve a ativação de mecanismos de defesa latentes existentes nas plantas em resposta ao tratamento com agentes bióticos ou abióticos. As plantas apresentam sistema de defesa induzível, com a finalidade de economizar energia. Desse modo, a resistência induzida em condições naturais representará custo apenas na presença do patógeno. Porém, plantas que investem seus recursos para se defenderem na ausência de patógenos arcarão com custos que refletirão na produtividade, uma vez que as alterações metabólicas que levam a resistência apresentam custo adaptativo associado, o qual pode pesar mais do que o benefício. O efeito negativo na produtividade ocorre principalmente onde indutores químicos são utilizados repetidas vezes ou em doses mais elevadas. Assim, em alguns casos podemos estar caminhando sobre uma estreita linha entre custo e benefício, onde a cura pode ser tão ruim quanto a própria doença. Neste trabalho foram conduzidos experimentos objetivando verificar alterações bioquímicas e fisiológicas, correlacionando-as com parâmetros de produção do feijoeiro entre a indução mediada por acibenzolar-S-metil (ASM), indutor químico, e, a mediada por Bacillus cereus, indutor biológico, antes da chegada do patógeno. Para tanto, foram avaliados plantas de feijão, induzidas por esses dois indutores e desafiadas com Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli, para constatar a ocorrência do fenômeno da indução de resistência. Na ausência do patógeno, foram avaliados os parâmetros fisiológicos respiração e fotossíntese, determinada a atividade de enzimas envolvidas no processo de defesa como peroxidase, quitinase, β-1,3-glucanase, fenilalanina amônia-liase e polifenoloxidase e a atividade de enzimas envolvidas no catabolismo como proteases, a síntese de compostos do metabolismo secundário como fenóis totais e lignina, a síntese de compostos do metabolismo primário como proteínas e açúcares redutores. Também se avaliou o crescimento das plantas, a produtividade e parâmetros de produção e alguns parâmetros de qualidade dos grãos. Observou-se a ocorrência da indução de resistência em função da aplicação dos dois indutores utilizados, porém para o indutor ASM a indução de resistência estava associada a aumentos na atividade de peroxidase, quitinase, β-1,3-glucanase e proteases, aumento da síntese de lignina e redução no teor de fenóis, aumentos no teor de proteínas solúveis e de açúcares redutores nas folhas, redução do crescimento e da produtividade, aumento do teor de proteína dos grãos e redução do teor de amido nestes. Já o B. cereus apenas ocasionou aumento na atividade de peroxidase de forma atenuada e tendeu a aumentar a atividade de proteases, e reduzir o teor de proteínas nas folhas sem interferir no crescimento ou na produtividade, mas reduziu o teor de proteína dos grãos, mas aumentou o teor de amido nestes. Portanto, o indutor B. cereus , aparentemente alterou muito pouco o metabolismo do feijoeiro, sem interferir na produtividade e melhorando a qualidade da produção, enquanto que o indutor abiótico ASM alterou muito mais seu metabolismo, gerando um custo metabólico e redirecionando os fotoassimilados para investir em defesas, a custo da redução da produtividade.The induction of systemic resistance involves the activation of latent resistance mechanisms in plants against pathogens in response to the treatment with biotic or abiotic agents. The plants present latent defense system that can be activated with the goal of saving energy. Thus, the induced resistance under natural conditions will represent cost only in the pathogen presence. In this way, plants that invest their resources to defend themselves in the absence of the pathogen will pay off with costs that will reflect in productivity, since the metabolic changes that led to resistance have associated fitness cost which could outweigh the benefit. The negative effects on plant productivity usually occur when chemical inducers are used repeatedly or in higher doses, mainly in the absence of the pathogen. Thus, we can say that in some cases we can be walking on a fine line between cost and benefit, where the cure may be as bad as the disease itself. In this work, experiments were carry out to verify biochemical and physiologic alterations, correlating them with production parameters of bean plants treated with acibenzolar-S-methyl (ASM), chemical inducer, or Bacillus cereus , biological inducer, before the pathogen arrival. Initially, bean plants were evaluated for induced resistance against Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli when treated with the two inducers. In the absence of the pathogen, it was evaluated the physiological parameters respiration and photosynthesis and the activity of enzymes involved in the defense as peroxidase, chitinase, β-1,3-glucanase, phenylalanine ammonia-lyase and polifenoloxidase and activity of enzymes involved in the catabolism as proteases, and the synthesis of compounds of the secondary metabolism as phenols and lignin, and the synthesis of compounds of the primary metabolism as proteins and sugars. The growth of the plants was evaluated as well as their productivity and production parameters. Some quality parameters of the grains were also evaluated. The occurrence of the resistance induced in the bean plants against the pathogens was observed for the two inducers. However, for the ASM the resistance induced was associated to increases in peroxidase, chitinase and β-1,3-glucanase activities, increase in the protease activity, increase in lignin synthesis and reduction in the phenol content, increase in soluble proteins and sugar content in the leaves, reduction of the growth and productivity, increasing the protein and reducing the starch content of the grains. The B. cereus only increased peroxidase activity in a lower way and showed a tendency to increase protease activity, and to reduce the protein content in the leaves without interfering in the growth or in the productivity, but it reduced the protein content and it increased the starch content of the grains. Therefore, the biotic inducer, B. cereus altered a minimum the metabolism of the bean plant, without interfering in the productivity and improving the quality of the production, while the abiotic inducer ASM altered its metabolism, generating a metabolic cost and consuming the plant photosyntathes to invest in defenses, causing a reduction in the productivity