Growth-related changes in subcellular ion and protein patterns in maize and field bean leaves under salt stress

Shahzad, Muhammad

Salinity stress negatively impacts agricultural yield throughout the world by effecting crop production. The primary reaction of plants to salinity is the reduction in leaf growth due to the osmotic effects caused by the salt outside the roots. However, physiological mechanisms behind this growth reduction are still not fully understood. Therefore, metabolic and ion concentrations in the apoplastic space of leaves are of interest in several fields of plant biology i.e response to stress, leaf growth and enzyme activities. Proteins present in the plant apoplast also reflect its broad functional diversity. Studies on the dynamic change of apoplastic protein composition can reveal new insights into plant responses e.g abiotic stress. A limited number of studies have dealt with the subcellular determination of cations/anions and proteins within the leaves of plants, under salinity. Therefore, we subjected the roots of salt sensitive maize (monocot) with 100 mM NaCl for 16 d and separated the leaf tissues into apoplastic and symplastic fractions prior to analysis. Similar apoplastic fluid investigation in terms of cations/anions was done in the salt sensitive field bean (dicot) along with silicon application. The aims of the current study were to test the hypotheses that I) growth reduction is related to subcellular ion distribution within the leaves of maize II) apoplastic Na+ concentration is increased only in salt-sensitive dicot (field bean) and is significantly reduced by silicon application under salinity stress III) which solution performed best for the extraction of apoplastic proteins? IV) changes in apoplastic proteins in maize leaves occur to account for possible roles in the growth reduction during the initial phase of salinity stress.

Salzstress verminderd weltweit die Produktion pflanzlicher Erzeugnisse. Hohe Salzkonzentrationen außerhalb der Wurzeln verursachen einen osmotischen Effekt, der das Blattwachstum reduziert. Allerdings sind die physiologischen Grundlagen dieser Wachstumsreduktion noch nicht gänzlich verstanden. Aus diesem Grund sind metabolische und ionische Konzentrationen im Blattapoplasten für verschiedene Felder der Pflanzenbiologie, wie z.B. Reaktionen auf Stress, Blattwachstum und Aktivität von Enzymen, von Interesse. Des Weiteren reflektieren die Proteine im Blattapoplast die große funktionelle Vielfalt des Apoplasten. Studien über dynamische Veränderungen der apoplastischen Proteinzusammensetzung können neue Einblicke in die pflanzliche Reaktionen auf z.B. abiotischen Stress bringen. Nur wenige Studien haben sich mit der subzellulären Bestimmung von Kationen/Anionen und Proteinen in den Blättern von NaCl-behandelten Pflanzen beschäftigt. Aus diesem Grunde wurden Wurzeln einer salzsensitiven Maispflanze (monokotyl) mit 100 mM NaCl über einen Zeitraum von 16 Tagen behandelt. Vor der Analyse wurde das Blattgewebe in apoplastische und symplatische Fraktionen aufgeteilt. Ähnliche Untersuchungen der Kationen und Anionen in der apoplastischen Waschflüssigkeit wurden in salzsensitiven Ackerbohnen (dikotyl)nach einer Siliziumapplikation durchgeführt. Ziel dieser Studie war es, die Hypothesen zu überprüfen, ob I) die Wachstumsreduktion in einem Zusammenhang mit der subzellularen Ionenverteilung in Maisblättern steht, ob II) die apoplastische Na+-Konzentration unter Salinität nur in salzsensitiven Dikotylen (Ackerbohnen) erhöht ist und durch eine Siliziumapplikation signifikant reduziert ist, III) herauszufinden, welche Lösung für die Extraktion von apoplstischen Proteinen am besten geeignet ist, IV) Änderungen der apoplastischen Proteine in den Maisblättern stehen möglicherweise in einem Zusammenhang mit der Wachstumsreduktion während der initialen Phase der Salinität.

Quote

Citation style:

Shahzad, Muhammad: Growth-related changes in subcellular ion and protein patterns in maize and field bean leaves under salt stress.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export