Ozone as a tool for studying stress responses in plants: signalling and defence in normal, mutant and transgenic tomato lines

Research increasingly converges on the concept that ozone (O3) behaves as an abiotic elicitor in plants, and this suggests the possibility of using such photochemical oxidant as an experimental tool for studying plant defence responses towards biotic and abiotic stresses. The vast array of molecular events deployed upon exposure to O3 are thought to be mediated by a complex cross-talk among hormonal signalling routes, in which ethylene, salicylic acid and (-)-jasmonic acid participate. In the present contribution, a first set of results concerning signalling and defence in tomato mutant lines impaired in ethylene perception (Never ripe) or biosynthesis (ripening inhibitor) after exposure to realistically elevated O3 as a model stressor, are presented. Differences in terms of temporal activation and relative transcripts abundance of the ethylene biosynthetic enzymes 1-aminocyclopropane-1- carboxylic acid (ACC) synthase and ACC oxidase, as well as of the ethylene receptor NR, were observed among the two aforementioned mutants and their common near isogenic wild type. Since the three genotypes compared were equally damaged by the treatment, a sort of isoform “compensation” among ethylene biosynthetic genes could be hypothesised, with the common aim of producing an ethylene burst triggering defence responses. Such a burst was indeed observed and showed similar time patterns in the three genotypes, although the peak ethylene emission levels were different.

La ricerca sempre più converge sul concetto che l'ozono (O3) si comporti come elicitore abiotico nelle piante, e ciò suggerisce la possibilità di utilizzare tali ossidanti fotochimici come strumento sperimentale per lo studio della difesa delle piante in risposta a stress biotici e abiotici. La vasta gamma di eventi molecolari che si verificano in seguito ad esposizione ad O3 è mediata da un complesso cross-talk tra percorsi di segnalazione ormonale, in cui etilene, acido salicilico e ( - )-acido jasmonico sembrano partecipare. Nel presente contributo è riportata una prima serie di risultati relativi a segnalazione e di difesa in linee mutanti di pomodoro con ridotta percezione (Never ripe) o biosintesi (ripening inhibitor) dell’etilene, in risposta a dosi realistiche di O3 come stressore modello. Differenze in termini di attivazione temporale e abbondanza relativa di trascritti per gli enzimi biosintetici dell’etilene, acido 1-amminociclopropane-1-carbossilico (ACC) sintasi e ACC-ossidasi, nonché per il recettore NR dell’etilene, erano osservabili tra i due suddetti mutanti e la loro comune linea quasi isogenica di tipo selvatico. Poiché i tre genotipi suddetti non si differenziavano tra di loro in termini di sintomi visibili indotti da O3, si potrebbe ipotizzare una sorta di "compensazione" tra isoforme tra gli enzimi biosintetici dell'etilene, con la finalità comune di produrre un “burst” di etilene capace di innescare risposte di difesa. Di fatto, un “burst” di etilene era osservabile in tutti e tre i genotipi, con profili temporali simili, anche se l’emissione di picco presentava livelli quantitativi diversi.