Genetic manipulation of the cross-talk between abscisic acid and strigolactones and their biosynthetic link during late tittelring in barley

Abstract

Strigolactones (SLs) bezeichnet eine Klasse pflanzlicher Hormone, welche unterdrückend auf die Sprossverzweigung wirken und an der Vermittlung abiotische Stressantworten beteiligt sind. Es gibt Hinweise darauf, dass die Signalwege für SL und Abscissinsäure funktional miteinander verbunden sind. Über die zu Grunde liegenden Mechanismen und deren biologische Relevanz ist derzeit jedoch wenig bekannt. Insgesamt vier SL-Biosynthesegene (HvD27, HvMAX1, HvCCD7 und HvCCD8) wurden bisher identifiziert und funktionell per Komplementation oder virus-induzierte Genausschaltung charakterisiert. Um den Einfluss von ABA auf SL zu überprüfen, wurden zwei transgene Gerstenlinienmit reduzierter HvABA 8'-hydroxylase 1 und 3 Expression näher untersucht. Anhand von LC-MS/MS-Analysen an Wurzel- und Stengelgeweben konnten höhere ABA-Gehalte in den transgenen Pflanzen nachgewiesen werden. Beide Linien zeigten eine staerkere Bestockung bei gleichzeitig geringeren Konzentrationen an 5-Deoxystrigol, letztere zeigten dabei eine Übereinstimmung mit einerverringerten Expression von HvCCD7 und HvCCD8. Die vorliegende Studie zeigt, dass ABA über die Hemmung HvCCD7 und HvCCD8 Genexpressionder mit der SL-Biosynthese interferiert und dass diese Interaktion zu einer verbesserten Bestockung von Gerstenpflanzen beiträgt.

Strigolactones (SLs) represent a class of plant hormones involved in inhibiting shoot branching and in promoting abiotic stress responses. Evidence has shown that SLs and abscisic acid (ABA) biosynthesis pathways are functionally connected. However, little is known about the mechanism underlying the cross-talk between ABA and SL and the relevance of this cross-talk for shoot branching. Four genes (HvD27, HvMAX1, HvCCD7 and HvCCD8) in SLs biosynthesis were identified and functionally verified by complementation assayor by virus-induced gene silencing. To study the impact of ABA on SLs, two transgenic lines downregulating HvABA 8'-hydroxylase 1 and 3were employed. LC-MS/MS analysis of root and stem base tissues confirmed higher ABA levels in transgenic lines with lower expressions of HvABA 8'-hydroxylase 1 and 3. Both lines showed enhanced tillering and lower concentrations of 5-deoxystrigol in root exudates, which coincided with lower expression levels of HvCCD7 and HvCCD8. This study indicates that in barley ABA interferes with SL biosynthesis via suppression of the expression of HvCCD7 and HvCCD8, and the cross-talk triggers enhanced tillering.