La salinisation des sols constitue une menace mondiale croissante pour la productivité agricole et la sécurité alimentaire, affectant gravement les propriétés du sol, la croissance des plantes et les communautés microbiennes. L'application de biostimulants exogènes s'est imposée comme une stratégie efficace pour améliorer la tolérance des plantes au stress salin. Parmi ceux-ci, les sous-produits agricoles riches en composés bioactifs, tels que le jus de macération du maïs (CSL), et les petites molécules de signalisation comme le myo-inositol (MI), ont montré des effets prometteurs pour améliorer les performances des plantes en conditions de stress. La CSL est riche en acides aminés, en acides organiques et en substances favorisant la croissance, tandis que le MI agit comme osmoprotecteur et molécule de signalisation impliquée dans la réponse au stress et l'équilibre ionique. Bien que leurs rôles individuels aient été rapportés, les effets synergiques potentiels de leur application combinée restent largement inexplorés.
Dans cette étude, nous avons examiné les effets du CSL, du MI et de leur association sur la croissance et la tolérance au sel du chou chinois (Brassica rapa pekinensis L.), une culture sensible au sel largement cultivée en Chine. Nous avons utilisé un plan d'expérience entièrement randomisé comprenant huit traitements, dans des conditions salines et non salines.
Nos résultats ont montré que tous les traitements ont favorisé la croissance des plantes, le développement racinaire et l'absorption des nutriments, tout en atténuant les dommages oxydatifs et la toxicité ionique sous stress salin. Il convient de noter que l'application combinée (NCM) a produit les effets les plus significatifs, en rétablissant la biomasse, en améliorant la morphologie racinaire, en réduisant l'accumulation de Na⁺ et en maintenant l'homéostasie ionique. De plus, le NCM a considérablement amélioré les propriétés physico-chimiques du sol en réduisant le pH, la conductivité électrique et la teneur en sels solubles.
Fig. The effects of the combined application of CSL and MI on alleviating salt stress in Chinese cabbage. (A) MDA content, (B) EL, (C) root morphology, (D) and (E) Venn diagrams showing significantly enriched biological processes (BPS) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathways in the DEGs across the various comparison groups. (F) and (G) BPs and KEGG pathway enrichment analysis of DEGs in the three control groups. The color scale represents the logarithm of the P-value (P < 0.05). (H) Profile of DEGs in the MAPK signaling pathway in N vs NC, N vs NM, and N vs NCM. The color scale represents the normalized foldchange of genes expressed in NC, NM, and NCM compared to N. Significant differences among treatment groups in (A) and (B) were determined using Duncan’s multiple range test. Different letters indicate significant differences between treatment groups (P < 0.05). PYL: Pyrabactin Resistance1-Like; PP2C: Protein Phosphatase 2C; SnRK2: Sucrose Non-Fermenting 1-Related Protein Kinase 2; MPK6/7/8/14: Mitogen-Activated Protein Kinase 3/6/8; MKK1/3: Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 1/3; MAPKKK17/18: Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase 17/18; CaM4: Calmodulin 4; RbohD: Respiratory Burst Oxidase Homolog D; CAT1: Catalase 1. (I) The mechanism of CSL and MI co-application in mitigating salt stress in Chinese cabbage. Arrows represent activation; T-shaped terminators represent inhibition; dashed arrows indicate indirect effects; and solid lines indicate direct effects. CK (non-saline soil + water), C (non-saline soil + CSL), M (non-saline soil + MI), CM (non-saline soil + CSL + MI), N (saline soil + water), NC (saline soil + CSL), NM (saline soil + MI), and NCM (saline soil + CSL + MI).
Afin de mieux élucider les mécanismes sous-jacents, une analyse transcriptomique a été réalisée. Les résultats ont montré que le traitement combiné avait modifié les profils d'expression génique, les cellules NCM se regroupant étroitement avec le groupe témoin non soumis au stress, ce qui suggère une atténuation efficace du stress salin. Des analyses d'enrichissement fonctionnel ont révélé que les gènes exprimés de manière différentielle étaient principalement impliqués dans l'homéostasie redox, la réponse aux espèces réactives de l'oxygène (ERO) et la régulation du stress. De plus, des voies métaboliques clés, notamment la biosynthèse des flavonoïdes et des caroténoïdes ainsi que la voie de signalisation des protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK), ont été significativement régulées par le traitement combiné.
Sur le plan mécanistique, le CSL et le MI ont renforcé de manière synergique la capacité antioxydante et la signalisation du stress. Le traitement combiné a activé la voie de signalisation MAPK médiée par l'ABA en régulant à la hausse les gènes PYL et SnRK2 tout en inhibant l'expression de PP2C, et a modulé la production de ROS par la régulation de RbohD et de gènes antioxydants tels que CAT1. De plus, l'expression de gènes clés impliqués dans le métabolisme de l'inositol, notamment BrMIPS1 et BrMIOX4, a été significativement modifiée, indiquant une régulation par rétroaction des voies de biosynthèse et d'oxydation du MI. La modulation du métabolisme secondaire a en outre contribué à une meilleure tolérance au stress grâce à une capacité antioxydante accrue.
En conclusion, l'application combinée de CSL et de MI améliore efficacement la tolérance au sel du chou chinois en régulant les processus physiologiques, l'expression génique, l'homéostasie ionique et les conditions du sol. Les effets synergiques observés mettent en évidence une stratégie biostimulante prometteuse, respectueuse de l'environnement et rentable pour améliorer le rendement des cultures et favoriser l'utilisation durable des sols salins.
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