Mechanism study of jasmonic acid and salicylic acid enhances the cabbage black rot resistance by improving oxidative clearance capacity and synthesis of secondary metabolites

Resumen Técnico: Mecanismo de la Ácido Jasmonico y el Ácido Salicílico en la Mejora de la Resistencia a la Podredumbre Negra del Repollo

Planteamiento del Problema
La podredumbre negra, causada por la bacteria Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), representa una amenaza grave para la producción mundial de repollo (Brassica oleracea L. var. capitata L.). El patógeno invade a través de heridas o aperturas naturales, colonizando los tejidos vasculares y causando las características lesiones amarillas en forma de "V", el ennegrecimiento de las venas y la eventual marchitez de la planta. La infección interrumpe el metabolismo de las especies reactivas del oxígeno (ROS), lo que conduce al estrés oxidativo, la peroxidación lipídica de la membrana y la reducción de la estabilidad de la membrana celular. Aunque las medidas de control tradicionales basadas en el cobre son comunes, existe una creciente necesidad de estrategias de prevención ecológicas. Si bien el ácido jasmonico (JA) y el ácido salicílico (SA) son conocidos como hormonas de defensa, los mecanismos fisiológicos y bioquímicos específicos mediante los cuales mejoran la resistencia a Xcc en el repollo —particularmente en lo que respecta a la regulación hormonal endógena, la eliminación de la oxidación y la síntesis de metabolitos secundarios— seguían sin estar claros.

Metodología
El estudio utilizó la variedad de repollo susceptible "Zhonggan 11" y la cepa altamente patogénica Xcc raza 1. Las plántulas en la etapa de "tres hojas y un corazón" fueron sometidas a cuatro tratamientos: un control (CK, agua destilada), JA exógeno (100 μM), SA exógeno (500 μM) y un tratamiento combinado de JA + SA. Las plantas fueron inoculadas con Xcc (10⁸ CFU) mediante inoculación por pulverización y mantenidas en un invernadero de alta humedad.

Se recolectaron muestras a los 0, 1, 3 y 5 días post-inoculación para analizar:

• Severidad de la enfermedad: Se calcularon el índice de enfermedad y las tasas de incidencia basados en el tamaño de la lesión y la cobertura foliar.
• Hormonas endógenas: Los niveles de JA, SA, ABA, GA, IAA y BR se cuantificaron mediante HPLC.
• Defensa antioxidante: Se midieron las actividades de las enzimas SOD, POD y CAT, junto con el contenido de ROS (O₂⁻ y H₂O₂) mediante ensayos cuantitativos y tinción histoquímica (NBT y DAB).
• Regulación Osmótica y Estabilidad de la Membrana: Se determinaron los contenidos de azúcares solubles, proteínas solubles y prolina. La conductividad eléctrica relativa (REC) y los niveles de malondialdehído (MDA) se midieron para evaluar la permeabilidad de la membrana y la peroxidación lipídica.
• Metabolitos Secundarios: Se analizaron los perfiles de glucosinolatos (9 componentes), compuestos de ácido fenólico y contenido de lignina mediante HPLC y tinción histoquímica (azul de toluidina).
• Análisis Estadístico: Los datos se analizaron mediante ANOVA y la prueba de Duncan (p<0.05), y se generaron matrices de correlación para las interacciones hormonales y metabólicas.

Resultos Clave

1. Resistencia a la enfermedad: Ambos tratamientos con SA y JA exógenos redujeron significativamente el índice de enfermedad en comparación con el control. El tratamiento con SA demostró la mayor eficacia (Índice de Enfermedad: 29.78, una reducción del 32.32%), seguido por el JA (31.56, una reducción del 28.27%). Notablemente, el tratamiento combinado JA + SA (Índice de Enfermedad: 37.78) no mostró un efecto sinérgico; su eficacia fue significativamente menor que la de cada tratamiento individual y más cercana al control.
2. Regulación de Hormonas Endógenas: El tratamiento con SA fue más efectivo para mantener altos niveles de SA endógeno y BR, mientras que suprimió la acumulación de ABA. El tratamiento con JA promovió principalmente la acumulación de JA. El tratamiento combinado generalmente exhibió un efecto regulador más débil sobre las hormonas endógenas en comparación con los tratamientos individuales.
3. Eliminación de la Oxidación: El tratamiento con SA inhibió más eficazmente la acumulación de O₂⁻ y H₂O₂ y mantuvo las actividades más altas de las enzimas antioxidantes (SOD, POD, CAT). El tratamiento con JA también fue efectivo, pero menos que el SA. El tratamiento combinado mostró capacidades de eliminación de ROS significativamente más débiles que los tratamientos individuales, particularmente en las etapas tempranas.
4. Estabilidad de la Membrana y Regulación Osmótica: El SA y el JA por sí solos aumentaron significativamente las proteínas solubles, azúcares y prolina, reduciendo así el MDA y la REC, lo que estabilizó las membranas celulares. El tratamiento combinado no logró mejorar significativamente la acumulación de proteínas y azúcares solubles, mostrando solo un efecto débil en la prolina, lo que sugiere un antagonismo a nivel de regulación osmótica.
5. Síntesis de Metabolitos Secundarios:
   • Glucosinolatos: El tratamiento con SA resultó en la mayor acumulación de glucosinolatos totales y componentes específicos (por ejemplo, IBE), seguido por el JA. El tratamiento combinado fue menos efectivo que los tratamientos individuales.
   • Fenólicos y Lignina: El tratamiento con SA promovió más fuertemente la acumulación de ácidos fenólicos (por ejemplo, ácidos ferúlico, clorogénico y gálico) y aumentó la deposición de lignina en el xilema. El tratamiento combinado mostró una inducción de estos metabolitos de defensa significativamente más débil en comparación con el SA solo.

Contribuciones Clave
El estudio elucida los mecanismos fisiológicos mediante los cuales el JA y el SA exógenos mitigan la podredumbre negra en el repollo. Confirma que ambas hormonas mejoran la resistencia mediante la regulación del equilibrio de las hormonas endógenas, la mejora de la capacidad de eliminación de la oxidación, la estabilización de las membranas celulares y la promoción de la síntesis de metabolitos secundarios (glucosinolatos, fenoles y lignina). Una contribución crítica es la identificación de una interacción antagónica entre el JA y el SA en este contexto específico; la aplicación combinada no produjo beneficios sinérgicos y fue a menudo menos efectiva que las aplicaciones individuales, particularmente en relación con la actividad de las enzimas antioxidantes y la acumulación de metabolitos secundarios.

Significado
El artículo concluye que el SA exógeno es el agente más eficaz para mejorar la resistencia del repollo a la podredumbre negra bajo las condiciones probadas, superando al JA en la regulación de las defensas químicas y estructurales. Los hallazgos sugieren que, para las estrategias de prevención y control ecológico, aplicar SA o JA por separado es más efectivo que combinarlos. Estos resultados proporcionan una base teórica y apoyo de datos para optimizar las estrategias de regulación de hormonas exógenas para gestionar la podredumbre negra del repollo, alejándose de los pesticidas químicos hacia los mecanismos de resistencia inducida.