Effect of infection byPhytophthora infestans on phenolics in potato tubers with various degrees of field resistance

Summary

Browning of potato tubers infected withPhytophthora infestans was correlated with field resistance. The composition of brown material extracted from tubers was investigated by preparing alkaline-neutral difference spectra, which were similar to those obtained from a model system of tuber cell walls incubated with ferulic or p-coumaric acids and H₂O₂. The activities of L-phenylalanine ammonia lyase, peroxidase and phenolase in wounded tissue were correlated with resistance. After infection, peroxidase and phenolase activities were reduced, the greatest reduction being in the most resistant variety. The relation between field resistance and wounding is discussed.

Zusammenfassung

Ein Vergleich von drei Kartoffelsorten unterschiedlicher unspezifischer Resistenz (Feldresistenz) gegenPhytophthora infestans zeigte, dass eine zunehmende Resistenz positiv korreliert war mit einer verstärkten Bräunung des Knollengewebes nach der Infektion. Der Grad der Eindringung des Pilzmyzels war mit der Resistenz negativ korreliert und die Suberinisierung der Schnittfläche vor der Inokulation erhöhte die Resistenz gegen die Eindringung (Abb. 1). Aus dem infizierten Gewebe wurde mit Phenol-Essigsäure-Wasser (PAW) mehr braunes Material und von dunklerer Farbe herausgelöst als aus dem nicht infizierten Gewebe. Die Substanz enthielt Chlorogensäure oder andere Chinasäureester (Tab. 1). Die Differenz-Spektren der Phenol-Essigsäure-Wasser-Extrakte im alkalischen bzw. neutralen Bereich von infiziertem und nicht infiziertem Gewebe waren unterschiedlich, was auf Unterschiede in dem phenolischen Material, das in die Zellwände eingelagert wurde, hinwies (Abb. 3). Die Spektren waren ähnlich denen, die mit einem Modellsystem aus Knollenzellwänden mit zugesetzter Ferula-oder p-Cumarsäure und H₂O₂ erzielt wurden (Abb. 4). Im verletzten Gewebe waren die Aktivitäten der Enzyme L-Phenylalaninammoniumlyase, Peroxidase und Phenolase mit der Sortenresistenz korreliert (Tab. 3–5). Nach der Infektion waren die Aktivitäten der Phenolase und der Peroxidase vérringert und die Abnahme war mit der Resistenz korrliert. Die Ausprägung der unspezifischen Resistenz in Knollen scheint auf zwei Faktoren zu beruhen: der Fähigkeit des Gewebes nach der Verletzung Suberin zu bilden, um das Eindringen des Erregers zu hemmen und der Produktion von zusätzlichen braunen Phenolverbindungen, die in die Wirtszellwände eingelagert werden und dadurch deren Struktur so verändern, dass eine Eindringung des Pilzes begrenzt wird.

Résumé

Une étude portant sur trois variétés de pomme de terre présentant une différence de résistance au champ vis à vis dePhytophtora infestans montre qu'une augmentation de résistance est corrélée positivement à un brunissement croissant des tissus du tubercule après contamination. Le taux de pénétration du mycélium est corrélé négativement à la résistance; la subérisation de la surface coupée avant contamination augmente la résistance à la pénétration (fig. 1).

La substance obtenue par extraction dans un mélange phénol-acide acétique-eau est plus brunâtre et de couleur plus sombre lorsque le tissu est contaminè par rapport à un tissu non contaminé. L'extrait contient de l'acide chlorogénique ou d'autres esters d'acide quinique (tableau 1). Les spectres obtenus à partir d'extraits du mélange phénol-acide acétique-eau dans les phases alcanine et neutre sont différents entre des tissus contaminés et non-contaminés; ceci indique un changement dans la nature de la substance phénolique déposée dans les parois cellulaires de tubercule avec adjonction d'acides férulique ou p-coumarique et d'H₂O₂ (fig. 4).

Les activités d'enzymes L-phenylalanine ammonialyase, peroxidase et phénolase (tableaux 3–5) sont corrélés, pour des tissus endommagés, à la résistance variétale. Après contamination, les activités phénolase et péroxidase sont réduites, la diminution étant liée à la résistance.

L'expression de la résistance au champ au niveau des tubercules semble reposer sur deux facteurs: la capacité du tissu à produire la subérine après endommagement afin d'inhiber la pénétration du pathogène et la production de composés phénoliques bruns après contamination, qui se déposent dans les parois cellulaires réceptrices, modifiant ainsi leur structure de façon à limiter la pénétration du champignon.