Salt-tolerance mechanisms induced in Stevia rebaudiana Bertoni: Effects on mineral nutrition, antioxidative metabolism and steviol glycoside content

Abstract

In order to cope with challenges linked to climate change such as salinity, plants must develop a wide spectrum of physiological and molecular mechanisms to rapidly adapt. Stevia rebaudiana Bertoni plants are a case in point. According to our findings, salt stress has no significant effect on plant growth in these plants, which accumulate sodium (Naþ) in their roots, thus avoiding excessive Naþ accumulation in leaves. Furthermore, salt stress (NaCl stress) increases the potassium (Kþ), calcium (Ca2þ), chloride ion (Cl ) and proline concentrations in Stevia leaves, which could contribute to osmotic adjustment. We also found that long-term NaCl stress does not produce changes in chlorophyll concentrations in Stevia leaves, reflecting a mechanism to protect the photosynthesis process. Interestingly, an increase in chlorophyll b (Chlb) content occured in the oldest plants studied. In addition, we found that NaCl induced reactive oxygen species (ROS) accumulation in Stevia leaves and that this accumulation was more evident in the presence of 5 g/L NaCl, the highest concentration used in the study. Nevertheless, Stevia plants are able to induce (16 d) or maintain (25 d) antioxidant enzymes to cope with NaCl-induced oxidative stress. Low salt levels did not affect steviolbioside and rebaudioside A contents. Our results suggest that Stevia plants induce tolerance mechanisms in order to minimize the deleterious effects of salt stress. We can thus conclude that saline waters can be used to grow Stevia plants and for Steviol glycosides (SGs) production.

Para hacer frente a los retos relacionados con el cambio climático, como la salinidad, las plantas deben desarrollar un amplio espectro de mecanismos fisiológicos y moleculares para adaptarse rápidamente. Las plantas de Stevia rebaudiana Bertoni son un buen ejemplo. Según nuestros hallazgos, el estrés salino no tiene efectos significativos sobre el crecimiento de estas plantas, que acumulan sodio (Naþ) en sus raíces, evitando así una acumulación excesiva de Naþ en las hojas. Además, el estrés salino (estrés por NaCl) aumenta las concentraciones de potasio (Kþ), calcio (Ca2þ), ión cloruro (Cl) y prolina en las hojas de Stevia, lo que podría contribuir al ajuste osmótico. También encontramos que el estrés por NaCl a largo plazo no produce cambios en las concentraciones de clorofila en las hojas de Stevia, lo que refleja un mecanismo para proteger el proceso de fotosíntesis. Curiosamente, se produjo un aumento en el contenido de clorofila b (Chlb) en las plantas más viejas estudiadas. Además, encontramos que el NaCl indujo la acumulación de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las hojas de Stevia y que esta acumulación fue más evidente en presencia de 5 g/L de NaCl, la concentración más alta utilizada en el estudio. Sin embargo, las plantas de Stevia son capaces de inducir (16 d) o mantener (25 d) enzimas antioxidantes para hacer frente al estrés oxidativo inducido por NaCl. Los bajos niveles de sal no afectaron a los contenidos de esteviolbósido y rebaudiósido A. Nuestros resultados sugieren que las plantas de Stevia inducen mecanismos de tolerancia para minimizar los efectos nocivos del estrés salino. Por lo tanto, podemos concluir que las aguas salinas pueden utilizarse para cultivar plantas de Stevia y para la producción de glucósidos de esteviol (SG).