Polyamines and calcium signalling in drought tolerance of Arabidopsis and Barley

Abstract

Trockenheit ist einer der Hauptstressfaktoren, die weltweit die Pflanzenproduktion begrenzen. Als Schlüsselregulatoren der Transpiration wurden stomatale Schließzellen gemessen, um die Beteiligung von Spermin bei Dürreaktionen zu bestimmen. In Arabidopsis wurde festgestellt, dass die Anwendung von Spermin einen stomatalen Verschluss induziert. Spermin löste Veränderungen in den [Ca2+]cyt -Werten der Schutzzellen durch -Einstrom sowie Freisetzung von Ca2+ aus internen Speichern aus. Der intrazelluläre pH-Wert spielt eine entscheidende Rolle bei der durch Spermin ausgelösten Erzeugung von Ca2+ Signalen, was schließlich zum Verschluss von Stomata führt. Um die Rolle von Spermin in Gerste zu untersuchen, wurden transgene Gerstenlinien erzeugt. Trockenstress-Experimente mit transgenen Linien zeigten einen signifikant erhöhten relativen Wassergehalt unter extremer Belastung, einhergehend mit erhöhter Chlorophyllkonzentration und PSII-Effizienz. Darüber hinaus zeigten transgene Pflanzen unter Umweltstress ein besseres Ertragspotential. Zusammengenommen zeigte diese Studie die Verbesserung der Trockentoleranz bei Gerste.

Drought is one of the major stress factors limiting crop production worldwide. Polyamines i.e. spermine play a pivotal role in abiotic stress tolerance of plants in general and drought tolerance in particular. As key regulators of transpiration, stomatal guard cells were measured to determine the involvement of spermine in drought responses. In Arabidopsis, the application of spermine, was found to induce stomatal closure. Spermine triggered changes in guard cell [Ca2+]cyt levels by Ca2+ influx as well as release of Ca2+ from internal stores. Intracellular pH play a crucial role in the spermine-triggered generation of Ca2+ signals which eventually ends up with the closure of stomata. To investigate the role of spermine in barley, transgenic barley lines, were generated. Drought stress experiments with transgenic lines showed significantly increased relative water content under extreme stress, going along with increased chlorophyll concentration and PSII efficiency. Furthermore, transgenic plants indicated better yield potential under environmental stress. Taken together, this study demonstrated in improving drought tolerance in barley.