Arguments in favour of the involvement of polyamines in flowering induction of winter rape (Brassica napus L. var. oleifera) during vernalization and grafting

• Autorzy: Kreczmer B. , Filek M. , Otto I. , Chwistek-Rog L. , Biesaga-Koscielniak J.

Warianty tytułu

PL

Udział poliamin w indukcji kwitnienia roślin rzepaku ozimego (Brassica napus L. var. oleifera) poddanych wernalizacji i szczepieniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Polyamines are widely involved in biological processes in plants including growth and development, as well as in the response to stress. However, the interpretation of polyamine participations in the induction of flowering of winter plants, and, hence, the possibility of their exogenous application to accelerate flowering, is ambiguous. Winter plants require prolonged exposure to low temperatures (vernalization) to induce the generative development, thus the changes in the levels of these substances may also result in low-temperature-stress symptoms. The aim of this work was to check, whether the increase of polyamines is actually connected with flowering of winter rape plants (cv. Górczański). To exclude the vernalization effect, vegetative apexes of winter rape were grafted onto generative plants. The content of polyamines: putrescine, spermidine and spermine was measured, using high- performance liquid chromatography, in the apical parts and the youngest leaves of grafted apexes during 1-4 weeks after grafting. For comparison of the changes in the levels of polyamines occurring during vernalization, apexes and the youngest leaves were collected from winter rape after 1-8 weeks of culture at 5°/2° C. In apexes, content of all polyamines increased at 2 week (putrescine) or 2-3 weeks (spermine and spermidine) and in the period of 5-8 weeks of vernalization. For putrescine, the maximum increase was detected during at the 6th week and for spermidine and spermine during the 7th week of cold treatment, i.e when approximately 60-90% of plants were in the generative phase. In leaves, the changes of polyamines composition occurred almost during the same periods as in the apexes. Confirmation of the involvement of polyamines to flowering induction was the increase of these substances observed during generative development of grafted non-vernalized apexes. The registered increase of polyamines concentrations in the first weeks after veranlization (2-3 weeks) was probably connected with the cold-stress response of rape plants.

PL

Poliaminy są związkami zaangażowanymi w wiele procesów zarówno wzrostowych, jak i rozwojowych, a także związanych z reakcją roślin na działanie czynników stresowych. Rola poliamin w indukcji kwitnienia roślin ozimych, a tym samym możliwość zastosowania ich egzogennego podania w celu przyspieszenia rozwoju pąków kwiatowych, nie jest do końca wyjaśniona. Rozwój generatywny roślin ozimych uwarunkowany jest występowaniem okresu obniżonej temperatury. Obserwowane zmiany poziomu poliamin mogą być zatem wynikiem stresogennego działania chłodu. W pracy przedstawiono wyniki badań dynamiki zmian zawartości tych substancji podczas procesu wernalizacji rzepaku ozimego (cv. Górczański) i określono korelacje zmian z okresem indukcji kwitnienia. W celu całkowitego wykluczenia efektu działania niskiej temperatury wykonano eksperymenty, w których rośliny zostały zaindukowane do kwitnienia poprzez szczepienie części wierzchołkowych, będących w fazie wegetatywnej, na roślinach generatywnych. Stężenie endogennych poliamin: putrescyny, spermidyny i sperminy, rejestrowane przy użyciu metody wysokosprawnej chromatografii cieczowej, badano w wierzchołkowych częściach roślin oraz w najmłodszych liściach. Materiał pobierano w tygodniowych odstępach podczas 8-tygodniowej wernalizacji (5°/2° C) oraz w okresie 4 tygodni po szczepieniu. W wierzchołkowych częściach roślin wernalizowanych zawartość wszystkich poliamin wzrosła między 2. a 3. oraz 5. a 8. tygodniem wernalizacji – w stosunku do kontroli (20°C). Największy wzrost stężenia putrescyny obserwowano w 6. tygodniu wernalizacji, podczas gdy spermidyny i sperminy w 7. tygodniu, to jest tym okresie, w którym około 60-90% roślin zawiązało pąki kwiatowe. Również w wegetatywnych wierzchołkach szczepionych na roślinach generatywnych wzrost stężenia badanych poliamin wystąpił w terminie, w którym 80-100% roślin zostało zainicjowanych do kwitnienia. Kierunek zmian stężenia poliamin w najmłodszych liściach (zarówno w wernalizowanych, jak i szczepionych) był zbliżony do obserwowanego w wierzchołkach. Uzyskane wyniki wskazują na zaangażowanie poliamin w indukcję kwitnienia roślin ozimych, co wiąże się z możliwością stymulacji rozwoju generatywnego tych roślin poprzez egzogenną aplikację poliamin. Wzrost stężenia wszystkich poliamin w pierwszych tygodniach chłodzenia może być efektem adaptacji roślin do niskiej temperatury.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura
• Rocznik: 2013
• Tom: 12
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.73-83,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kreczmer B.

• Department of Biochemistry Biophysics and Biotechnology, Pedagogical University of Krakow, Podchorazych 2, 30-084 Krakow, Poland

autor

Filek M.

• Department of Biochemistry Biophysics and Biotechnology, Pedagogical University of Krakow, Podchorazych 2, 30-084 Krakow, Poland

autor

Otto I.

• Department of Biochemistry Biophysics and Biotechnology, Pedagogical University of Krakow, Podchorazych 2, 30-084 Krakow, Poland

autor

Chwistek-Rog L.

• Department of Biochemistry Biophysics and Biotechnology, Pedagogical University of Krakow, Podchorazych 2, 30-084 Krakow, Poland

autor

Biesaga-Koscielniak J.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences in Krakow, Krakow, Poland

Bibliografia

• Alcázar R., Cuevas J.C., Planas J., Zarza X., Bortolotti C., Carrasco P., Salinas J., Tiburcio A.F., Altabella T., 2011. Integration of polyamines in the cold acclimation response. Plant Sci. 180,31-38.
• Applewhite P.B., Kaur-Sawhney R., Galston A.W., 2000. A role for spermine in the bolting and flowering of Arabidopsis. Physiol. Plant 108, 314- 320.
• Barbasz A., Kreczmer B., Rudolphi-Skórska E., Sieprawska A., 2012. Biologically active substances in plant extracts from mistletoe (Viscum album) and trees: fir (Abies alba Mill.),pine (Pinus sylvestris L.) and yew (Taxus baccata L.). Herba Polonica 58(1), 16-26.
• Bernier G., Corbesier L., Périlleux C., 2002. The flowering process: on the track of controlling factors in Sinapsis alba. Russ J. Plant Physiol. 49, 445-450.
• Bouchereau A., Aziz A., Larher F., Martin-Tanguy J., 1999. Polyamines and environmental challenges: recent development. Plant Sci. 140, 103-125.
• Bregoli A.M., Scaramagli S., Costa G., Sabatini E., Ziosi V., Biondi S., Torrigiani P., 2002. Peach (Prunus persica) fruit ripening: aminoethoxyvinylglycine (AVG) and exogenous polyaminesaffect ethylene emission and flesh firmness. Physiol. Plant 114, 472-481.
• Chattopadhayay M.K., Tiwari B.S., Chattopadhayay G., Bose A., Sengupta B.N., Ghosh B., 2002. Protective role of exogenous polyamines in salinity-stressed rice (Oryza sativa) plants.Physiol. Plant 116, 192-199.
• Cook D., Fowler S., Fiehn O., Thomashow M.F., 2004. A prominent role for the CBF cold response pathway in configuring the low temperature metabolone of Arabidopsis. Proc. Natl.Acad. Sci. USA 101, 15243-15248.
• Filek M., Biesaga-Kościelniak J., Macháčkova I., Krekule J., 2007. Generative development of Winter rape (Brassica napus L.) – the role of vernalization. Intern. J. Plant Develop. Biol.1, 57-63.
• Filek M., Biesaga-Kościelniak J., Marcińska I., Cvikrowá M., Macháčkova I., Krekule J., 2010. Contents of polyamines during vernalization in wheat and the effect of zearalenon. Biol. Plant54, 483-487.
• Filek M., Biesaga-Kościelniak J., Marcińska I., Krekule J., Macháčkova I., Dubert F., 2003. The effect of electric current on flowering of grafted scions of non-vernalized winter rape. Biol.Plant 46, 625-628.
• Flores H.E., Galston A.W., 1982. Analysis of polyamines in higher plants by High Performance Liquid Chromatography. Plant Physiol. 69, 701-706.
• Gao C., Hu J., Zhang S., Zheng Y., Knapp A., 2009. Association of polyamines in governing the chilling sensitivity of maize genotypes. Plant Growth Regul. 57, 31-38.
• Huang C.K., Chang B.S., Wang K.C., Her S.J., Chen T.W., Chen Y.A., Cho C.L., Liao L.J., Huang K.L., Chen W.S., Liu Z.H., 2004. Changes in polyamines pattern are involved in floralinitiation and development in Polianthes tuberose. J. Plant Sci. 161, 709-713.
• Kim D.H., Doyle MR., Sung S., Amasino R.M., 2009. Vernalization: winter and the timing of flowering plants. Ann. Rev. Cell Dev. Biol. 25, 277-299.
• Kusano T., Berberich T., Tateda C., Takahashi Y., 2008. Polyamines: essential factors for growth and survival. Planta 228, 367-381.
• Liu J.H., Honda Ch., Moriguchi T., 2006. Involvement of polyamine in floral and fruit development. JARQ 40, 51-58.
• Takahashi T., Kakehi J.I., 2010. Polyamines: ubiquitous polycations with unique roles in growth and stress responses. Ann. Bot. 105, 1-6.
• Torrigiani P., Bregoli A.M., Ziosi V., Scaramagli S., Ciriaci T., Rasori A., Biondia S., Costa G., 2004. Pre-harvest polyamine and aminoethoxyvinylglycine (AVG) applications modulatefruit ripening in Stark Red Gold nectarines (Prunus persica L. Batsch). Postharvest Biologyand Technology 33, 293-308.
• Zielińska M., Kęsy J., Kopcewicz J., 2006. Participation of polyamines in the flowering of the short-day plant Pharbitis nil. Plant Growth Reg. 50, 149-158.