Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của auxin và strigolactone đến sự biểu hiện của ATP/ADP isopentenyltransferase và sự điều tiết của ưu thế ngọn trong cây đào
Tóm tắt
Chúng tôi đã xác nhận vai trò của auxin, cytokinin và strigolactone trong ưu thế ngọn ở cây đào và xây dựng một mô hình kiểm soát ưu thế ngọn của hormone thực vật trong cây đào. Auxin, cytokinin và strigolactone đóng vai trò quan trọng trong ưu thế ngọn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phân tích ảnh hưởng của auxin và strigolactone đối với sự biểu hiện của các gen ATP/ADP isopentenyltransferase (IPT) (các gen chính trong sinh tổng hợp cytokinin) và sự điều tiết ưu thế ngọn trong cây đào. Sau khi cắt ngọn, mức độ biểu hiện của các gen PpIPT1, PpIPT3 và PpIPT5a trong các chồi nodal tăng mạnh. Quan sát này nhất quán với những thay đổi về mức độ cytokinin loại tZ và iP trong các chồi nodal cũng như các chồi nách quan sát được sau khi điều trị; những thay đổi này là cần thiết để thúc đẩy sự phát triển của các chồi nách trong cây đào. Những kết quả này gợi ý rằng các gen ATP/ADP PpIPT trong chồi nodal là các gen chính cho sinh tổng hợp cytokinin, vì chúng thúc đẩy sự phát triển của các chồi nách. Chúng tôi cũng phát hiện rằng auxin và strigolactone ức chế sự phát triển của các chồi nách. Sau khi cắt ngọn, việc điều trị bằng IAA đã ức chế sự biểu hiện của ATP/ADP PpIPT trong các chồi nodal, để ngăn chặn sự tăng lên của mức độ cytokinin. Ngược lại, sau khi điều trị bằng GR24 (strigolactone GR24), sự biểu hiện của các gen ATP/ADP IPT và mức độ cytokinin vẫn tăng lên đáng kể, nhưng tỷ lệ tăng biểu hiện gen thấp hơn đáng kể so với quan sát được sau khi cắt ngọn mà không có điều trị IAA (axit indole-3-acetic). Ngoài ra, GR24 đã ức chế sự vận chuyển auxin từ đỉnh về gốc tại các đốt (bằng cách hạn chế sự biểu hiện của PpPIN1a trong các chồi nodal), do đó ức chế sự biểu hiện ATP/ADP PpIPT trong các chồi nodal. Vì vậy, strigolactone ức chế sự phát triển của các chồi nách trong cây đào chỉ khi có sự hiện diện của các chồi ngọn.
Từ khóa
#auxin #strigolactone #ưu thế ngọn #cây đào #sinh tổng hợp cytokininTài liệu tham khảo
Akiyama K, Matsuzaki K, Hayashi H (2005) Plant sesquiterpenes induce hyphal branching in arbuscular mycorrhizal fungi. Nature 435:824–827
Arús P, Verde I, Sosinski B, Zhebentyayeva T, Abbott AG (2012) The peach genome. Tree Genet Genom 8:531–547
Bacaicoa E, Mora V, Ángel María Z (2011) Auxin: a major player in the shoot-to-root regulation of root Fe-stress physiological responses to Fe deficiency in cucumber plants. Plant Physiol Biochem Ppb 49(5):545–556
Bangerth F (1994) Response of cytokinin concentration in the xylem exudate of bean (Phaseolus vulgaris L.) plants to decapitation and auxin treatment, and relationship to apical dominance. Planta 194:439–442
Bangerth F, Li CJ, Gruber J (2000) Mutual interaction of auxin and CKs in regulating correlative dominance. Plant Growth Regul 32:205–217
Bennett T, Leyser O (2014) Strigolactone signalling: standing on the shoulders of DWARFs. Curr Opin Plant Biol 22:7–13
Bennett T, Sieberer T, Willett B, Booker J, Luschnig C, Leyser O (2006) The Arabidopsis MAX pathway controls shoot branching by regulating auxin transport. Curr Biol 16:553–563
Beveridge CA (2000) Long-distance signaling and a mutational analysis of branching in pea. Plant Growth Regul 32:193–203
Beveridge CA (2006) Axillary bud outgrowth: sending a message. Curr Opin Plant Biol 9:35–40
Beveridge CA, Symons GM, Murfet IC, Ross JJ, Rameau C (1997) The rms1 mutant of pea has elevated indole-3-acetic acid levels and reduced root-sap zeatin riboside content but increased branching controlled by graft-transmissible signal(s). Plant Physiol 115:1251–1258
Blackwell JR, Horgan R (1994) Cytokinin biosynthesis by extracts of zea mays. Phytochemistry 35(2):339–342
Booker J, Auldridge M, Wills S, McCarty D, Klee H, Leyser O (2004) MAX3/CCD7 is a carotenoid cleavage dioxygenase required for the synthesis of a novel plant signaling molecule. Curr Biol 14:1232–1238
Brewer PB, Beveridge CA (2009) Strigolactone acts downstream of auxin to regulate bud outgrowth in pea and Arabidopsis. Plant Physiol 150:482–493
Cline MG (1991) Apical dominance. Bot Rev 57:318–358
Dobrev PI, Kaminek M (2002) Fast and efficient separation of cytokinins from auxin and abscisic acid and their purification using mixed-mode solid-phase extraction. J Chromatogr A 950:21–29
Emery RJN, Longnecker NE, Atkins CA (1998) Branch development in Lupinus angustifolius L. II. Relationship with endogenous ABA, IAA and cytokinins in axillary and main stem buds. J Exp Bot 49:555–562
Friml J, Vieten A, Sauer M, Weijers D, Schwarz H, Hamann T, Offerings R, Jurgens G (2003) Efflux-dependent auxin gradients establish the apicalbasal axis of Arabidopsis. Nature 426:147–153
Golovko A, Sitbon F, Tillberg E, Nicander B (2002) Identification of a tRNA isopentenyl-transferase gene from Arabidopsis thaliana. Plant Mol Biol 49:161–169
Harrison MA, Kaufman PB (1982) Does ethylene play a role in the release of lateral buds (tillers) from apical dominance in oats. Plant Physiol 70:811–814
Hayward A, Stirnber GP, Beveridge CA et al (2009) Interactions between auxin and strigolactone in shoot branching control. Plant Physiol 151:400–412
Immanen J, Nieminen K, Silva HD et al (2013) Characterization of cytokinin signaling and homeostasis gene families in two hardwood tree species: Populus trichocarpa, and Prunus persica. BMC Genom 14(1):885–885
Kakimoto T (2001) Identification of plant cytokinin biosynthetic enzymes as dimethylallyl diphosphate: ATP/ADP isopentenyltransferases. Plant Cell Physiol 42:677–685
Langer RHM, Prasad PC, Laude HM (1973) Effects of kinetin in tiller bud elongation in wheat (Triticum aestivum L). Ann Bot 37:565–571
Laureys F, Dewitte W, Witters E, Van Montagu M, Inze D, Van Onckelen H (1998) Zeatin is indispensable for the G2-M transition in tobacco BY-2 cells. FEBS Lett 426:29–32
Leyser O (2003) Regulation of shoot branching by auxin. Trends Plant Sci 8:541–545
Leyser O (2008) Strigolactones and shoot branching: a new trick for a young dog. Dev Cell 15(3):337–338
Liu Y, Xu JX, Ding YF, Wang QS, Li GH, Wang SH (2011) Auxin inhibits the outgrowth of tiller buds in rice (Oryza sativa L.) by downregulating OsIPT expression and cytokinin biosynthesis in nodes. Aust J Crop Sci 5(2):169–174
Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the \(2^{- \Delta \Delta \text{C}_\text{T}}\) method. Methods 25(4):402–408
Medford JI, Horgan R, EI-Sawi Z, Klee HJ (1989) Alterations of endogenous cytokinins in transgenic plants using a chimeric isopentenyl transferase gene. Plant Cell 1:403–413
Miguel LC, Longnecker NE, Ma Q, Osborne L, Atkins CA (1998) Branch development in Lupinus angustifolius L. I. Not all branches have the same potential growth rate. J Exp Bot 49(320):547–553
Mouchel CF, Leyser O (2007) Novel phytohormones involved in longrange signaling. Curr Opin Plant Biol 10:473–476
Muller D, Leyser O (2011) Auxin, cytokinin and the control of shoot branching. Ann Bot 107:1203–1212
Okada K, Ueda J, Komaki MK, Bell CJ, Shimura Y (1991) Requirement of the auxin polar transport system in early stages of Arabidopsis floral bud formation. Plant Cell 3:677–684
Ongaro V, Leyser O (2008) Hormonal control of shoots branching. J Exp Bot 59:67–74
Panigrahi BM, Audus LJ (1966) Apical dominance in Vicia faba. Ann Bot 30:457–473
Paponov IA, Teale WD, Trebar M, Blilou I, Palme K (2005) The PIN auxin efflux facilitarors: evolutionary and functional perspectives. Trends Plant Sci 10:170–177
Pilkington SM, Montefiori M, Galer AL, Neil Emery RJ, Allan AC, Jameson PE (2013) Endogenous cytokinin in developing kiwifruit is implicated in maintaining fruit flesh chlorophyll levels. Ann Bot 112(1):57–68
Romano CP, Hein MB, Klee HJ (1991) Inactivation of auxin in tobacco transformed with the indoleacetic-acid lysine synthetase gene of Pseudomonas savastanoi. Genes Dev 5:438–446
Sachs T, Thimann KV (1964) Release of lateral buds from apical dominance. Nature 201:939–940
Sachs T, Thimann V (1967) The role of auxins and cytokinins in the release of buds from dominance. Am J Bot 54:136–144
Sakano Y, Okada Y, Matsunaga A, Suwama T, Kaneko T, Ito K, Noguchi H, Abe I (2004) Molecular cloning, expression, and characterization of adenylate isopentyltransferase from hop (Humulus lupulus L.). Phytochemistry 65:2439–2446
Shimizu-Sato S, Mori H (2001) Control of outgrowth and dormancy in axillary buds. Plant Physiol 127:1405–1413
Shinohara N, Taylor C, Leyser O (2013) Strigolactone can promote or inhibit shoot branching by triggering rapid depletion of the auxin efflux protein PIN1 from the plasma membrane. PLoS Biol 11(1):e1001474
Snowden KC, Simkin AJ, Janssen BJ, Templeton KR, Loucas HM, Simons JL, Karunairetnam S, Gleave AP, Clark DG, Klee HJ (2005) The decreased apical dominance 1/petunia hybrida carotenoid cleavage dioxygenase8 gene affects branch production and plays a role in leaf senescence, root growth, and flower development. Plant Cell 17:746–759
Song J, Jiang L, Paula J (2012) Co-ordinate regulation of cytokinin gene family members during flag leaf and reproductive development in wheat. BMC Plant Biol 12(1):78
Takei K, Sakakibara H, Sugiyama T (2001) Identification of genes encoding adenylate isopentenyltransferase, a cytokinin biosynthesis enzyme, in Arabidopsis thaliana. J Biol Chem 276:26405–26410
Takei K, Takahashi T, Sugiyama T, Yamaya T, Sakakibara H (2002) Multiple routes communicating nitrogen availability from roots to shoots: a signal transduction pathway mediated by cytokinin. J Exp Bot 53:971–977
Tanaka M, Takei K, Kojima MH, Sakakibara H, Mori H (2006) Auxin controls local cytokinin biosynthesis in the nodal stem in apical dominance. Plant J 45:1028–1036
Thimann KV, Skoog F (1933) Studies on the growth hormone of plants. III. The inhibiting action of the growth substance on bud development. Proc Natl Acad Sci USA 19:714–716
Turnbull CGN, Myriam AA, Raymond ICD, Morris DSE (1997) Rapid increases in cytokinin concentration in lateral buds of chickpea (Cicer arietinum L.) during release of apical dominance. Planta 202:271–276
Umehara M, Hanada A, Yoshida S, Akiyama K, Arite T, Takeda-Kamiya N, Magome H, Kamiya Y, Shirasu K, Yoneyama K et al (2008) Inhibition of shoot branching by new terpenoid plant hormones. Nature 455:195–200
Verde I, Abbott AG, Scalabrin S, Jung S, Shu S, Marroni F, Zhebentyayeva T, Dettori MT, Grimwood J, Cattonaro F, Zuccolo A, Rossini L, Jenkins J, Vendramin E, Meisel LA, Decroocq V, Sosinski B, Prochnik S, Mitros T, Policriti A, Cipriani G, Dondini L, Ficklin S, Goodstein DM, Xuan P, Fabbro CD, Aramini V, Copetti D, Gonzalez S, Horner DS et al (2013) The high-quality draft genome of peach (Prunus persica) identifies unique patterns of genetic diversity, domestication and genome evolution. Nat Genet 45:487–494
Wang GY, Romheld V, Li CJ, Bangerth F (2006) Involvement of auxin and CKs in boron deficiency induced changes in apical dominance of pea plants (Pisum sativum L.). J Plant Physiol 163:591–600
Ward SP, Leyser O (2004) Shoot branching. Curr Opin Plant Biol 7:73–78
Yang ZB, Liu G, Liu J, Zhang B, Meng W, Müller B, Hayashi KI, Zhang X, Zhao Z, De Smet I, Ding Z (2017) Synergistic action of auxin and cytokinin mediates aluminum-induced root growth inhibition in Arabidopsis. EMBO Rep 18:e201643806
Zubko E, Adams CJ, Macha´e´kova´ I, Malbeck J, Scollan C, Meyer P (2002) Activation tagging identifies a gene from Petunia hybrida responsible for the production of active cytokinins in plants. Plant J 29:797–808