Physiological processes and molecular determinants of root senescence in barley

Abstract

Embryogenic seminal roots of graminaceous plant species have been shown to undergo a developmental program that defines root senescence. So far, it has remained unclear whether the senescence of seminal roots depends on the growth of nodal roots and which role phytohormones play in root senescence. In the absence of nodal roots, seminal roots senescence in barley was delayed, as evidenced by prolonged root activity and altered hormonal and transcriptional regulation. In parallel, enhanced cytokinin degradation in roots led to a delayed onset of senescence, indicating that root senescence is a plastic trait that is subject to modulation. To investigate the role of the transcription factors HvMYB15 and HvWRKY53 in root senescence root-specific overexpression and knock-out lines were generated. Under control conditions, transgenic lines of WRKY53 did not show any altered phenotype. Evaluation of root and shoot traits identified MYB15 as a regulator of root growth in barley.

Embryonale Seminalwurzelnurzeln von Gramineen folgen einem Entwicklungsprogramm, das die Wurzelseneszenz definiert. Bislang blieb es unklar, ob die Seneszenz der Seminalwurzeln vom Wachstum der Nodalwurzeln abhängt und welche Rolle die Phytohormone in der Regulation der Wurzelseneszenz spielen. In der Abwesenheit von Nodalwurzeln verzögerte sich die Seneszenz der Seminalwurzeln in Gerstenpflanzen; dies wurde durch eine verlängerte Wurzelaktivität sowie veränderte hormonelle und transkriptionelle Regulation nachgewiesen. Parallel dazu führte verstärkter Cytokininabbau in Wurzeln transgener Pflanzen zu einem verzögerten Einsetzen der Seneszenz. Um die Rolle der Transkriptionsfaktoren HvMYB15 und HvWRKY53 bei der Regulation der Wurzelseneszenz zu untersuchen, wurden wurzel-spezifische Überexpressionslinien und Knockout-Linien generiert. Unter Kontrollbedingungen zeigten WRKY53-Transgene keinen Phänotyp, während MYB15 als Regulator des Wurzelwachstums in Gerste identifiziert wurde.