Temperature regulating floral bud differentiation in loquat (Eriobotrya japonica Lindl.). Hormonal and genetic aspects

Abstract

In loquat, apex of a current shoot changes from vegetative to reproductive stage during summer, i.e. under high temperature conditions. Indeed, just before floral bud differentiation, a decline in the growth rate due to high temperature takes place. The aim of this work is to study the role of this 'summer rest period' on the apex transition from vegetative to reproductive stage. For this purpose 1) sprouting of secondary shoots was promoted at different times, removing the main shoot, before, during and after floral bud differentiation occurred and 2) groups of trees were shifted to a greenhouse under average maximum temperature not exceeding 25 ° C during different periods from June to October. Floral bud differentiation was evaluated. LEAFY (LFY), APETALA (AP1), TERMINAL FLOWERING 1 (TFL1) and FLOWERING LOCUS T (FT1) expression and hormonal content in abscisic acid (ABA), gibberellins (GAs), indoleacetic acid (IAA) and cytokinins (CKs) were analyzed in bud collected during the summer. Results suggest that the date of shoot apex removal determining floral bud differentiation of new shoots, so that the percentage of the new reproductive shoots reduced with the delaying of apex removal. On the other hand, maximum average temperature not exceeding 25 ° C prevented floral bud differentiation. Buds of the trees under indoors conditons displayed lower expression of identity floral genes EjLFY and EjAP1 than buds of trees grown in field. On the contrary, the floral repressor EjTFL1 and EjFT1 gene expressed higher in buds of the trees grown indoors. Time-course of ABA decreased in buds of trees grown in field during studied period while in buds of trees under greenhouse conditions displayed a growing trend. Time-course of GAs, IAA and CKs concentrations did not show remarkable differences between buds of trees growing under field and indoors conditions. Accordingly, 1) secondary shoots emerged from mid- August are unfitness to flower and 2) maximum average tempertature 25±1 °C during the summer prevents floral bud differentiation, enhances ABA biosynthesis, reduces EjLFY and EjAP1 expression and enhance EjTFL1 expression in the apex.

El níspero japonés diferencia sus yemas durante el verano, después de un periodo de ralentización del crecimiento vegetativo ligado a las altas temperaturas que se conoce como reposo estival. El objetivo de esta tesis fue estudiar la influencia de la parada estival en la diferenciación floral de esta especie. Para ello se diseñó un experimento en el que se forzó la brotación de brotes anticipados eliminado el ápice principal en diferentes fechas entre julio y septiembre, antes, durante y después de la parada estival. Paralelamente se diseñó otro experimento en el que se cambiaron las condiciones climáticas a grupos de árboles manteniéndolos en un invernadero a una temperatura máxima media de 25 °C durante diferentes periodos de diversa duración. Se evaluó la diferenciación floral y se analizó la expresión de los genes relacionados con la floración LEAFY (LFY), APETALA (AP1), TERMINAL FLOWERING 1 (TFL1) and FLOWERING LOCUS T (FT1) y el contenido hormonal en ácido abscisico (ABA), giberelinas (GAs), ácido indolácetico (AIA) y citoquininas (CKs) en yemas terminales muestreadas a lo largo del verano. Los resultados indican que la fecha de brotación modifica la diferenciación floral de los brotes anticipados siendo el porcentaje de brotes reproductivos inversamente proporcional a la fecha de eliminación del meristemo. Del mismo modo unas condiciones de temperatura máxima no superior a 25 °C impidieron la diferenciación floral. Las yemas de los árboles que estuvieron bajo dichas condiciones mantuvieron unos niveles de expresión de los genes de identidad floral, EjLFY y EjAP1, mucho menor que la de los árboles en condiciones de campo. Por el contrario, la expresión del represor EjTFL1 y del gen EjFT1 fue mayor en los árboles en invernadero. Por otro lado, el contenido endógeno de ABA descendió en los árboles situados en el campo durante el periodo de estudio mientras que en los árboles situados en el invernadero tuvo una evolución ascendente. Las concentraciones de GAs, AIA y CKs no mostraron prácticamente diferencias entre los ápices de los árboles mantenidos en campo y en invernadero. De acuerdo con ello, 1) los brotes anticipados surgidos a partir de mitad de agosto son incapaces de florecer y 2) la ausencia de altas temperaturas del verano promueve la acumulación de ABA, aumenta la expresión del gen represor (EjTFL1) y reduce la expresión de los genes de identidad floral (EjLFY y EjAP1) en yemas de níspero impidiendo su diferenciación floral.

El nispro japonés diferència les seus gemmes durant l'estiu, després d'un període d'alentiment del creixement vegetatiu lligat a les altes temperatures que es coneix com repòs estival. L'objectiu d'aquesta Tesi va ser estudiar la influència de la parada estival en la diferenciació floral d'aquesta espècie. Per a això es va dissenyar un experiment en què es va forçar la aparició dels brots anticipats eliminat l'àpex principal en diferents dates entre juliol i setembre, abans, durant i després de l'aturada estival. Paral·lelament es va dissenyar un altre experiment en què es van canviar les condicions climàtiques a grups d'arbres mantenint-los en un hivernacle a una temperatura màxima mitjana de 25 °C durant diferents períodes de diversa durada. Es va avaluar la diferenciació floral i es va analitzar l'expressió dels gens relacionats amb la floració LEAFY (LFY), APETALA (AP1), TERMINAL FLOWERING 1 (TFL1) and FLOWERING LOCUS T (FT1) i el contingut hormonal en àcid abscísic (ABA) , gibberel·lines (GAs), àcid indolacètic (AIA) i citoquinines (CKs) en gemmes terminals mostrejades al llarg de l'estiu. Els resultats indiquen que la data de brotació modifica la diferenciació floral dels brots anticipats i el percentatge de brots reproductius es inversament proporcional a la data d'eliminació del meristema. De la mateixa manera unes condicions de temperatura màxima no superior a 25 ° C varen impedir la diferenciació floral. Les gemmes dels arbres que van estar sota aquestes condicions van mantenir uns nivells d'expressió dels gens d'identitat floral, EjLFY i EjAP1, molt menor que la dels arbres en condicions de camp. Per contra, l'expressió del repressor EjTFL1 i del gen EjFT1 va ser més gran en els arbres en hivernacle. D'altra banda, el contingut endogen d'ABA va baixar en els arbres situats al camp durant el període d'estudi mentre que en els arbres situats a l'hivernacle va tenir una evolució ascendent. Les concentracions de GAs, AIA i CKS no van mostrar pràcticament diferències entre els àpexs dels arbres mantinguts en camp i en hivernacle. D'acord amb això, 1) els brots anticipats sorgits a partir de meitat d'agost són incapaços de florir i 2) l'absència d'altes temperatures de l'estiu promou l'acumulació d'ABA, augmenta l'expressió del gen repressor (EjTFL1) i redueix l'expressió dels gens d'identitat floral (EjLFY i EjAP1) en gemmes de nispro del Japó impedint la seva diferenciació floral.