Seed germination in response to salt stress and seed dormancy: On the roles of hormones and transcription factors

Abstract

The formation of a plant population depends on the plasticity of the germination of its seeds. This thesis aims to understand the mechanism of seed germination in response to salt stress and the role of transcription factors in germination. In chapter, it is reviewed the impact of climate change on seeds and the effect of hormonal balance in seeds. In addition, we present a brief review of the epigenetic effects on seeds and their impacts on plant adaptability, which can contribute to new perspectives. In the following chapters, we sought to investigate (i) the role of sodium and pH in hormonal balance during germination in Stylosanthes humilis. (ii) the role of transcription factors (TF) in dormancy and germination of Arabidopsis thaliana seeds. These studies were carried out in two independent experiments, which comprise chapters II and III presented here. In the second chapter, the following experiments were proceeded: seeds of S. humilis were incubated in a growth chamber. Ethylene, abscisic acid (ABA), 1-carboxylic acid-1-aminocyclopropane (ACC), ACC synthase (ACS) and ACC oxidase (ACO) and the primary metabolites were quantified. The results show that saline stress induces ABA synthesis independently of pH, leading to a reduction in the biosynthesis of ethylene, the main hormone involved in the germination of S. humilis. The third chapter aimed to understand how the transcription factor TEOSINTE BRANCHED1 CYCLOIDEA PROLIFERATING CELL FACTORS (TCP) family regulates the germination of Arabidopsis thaliana seeds. To help elucidate the functioning of the TCP8 and TCP14 genes, the TCP mutants were tested during seed germination. RNA- Sequencing data from seeds of TCP mutants were used to identify potential genes regulated by TCPs. The phenotype was evaluated and RT-qPCR (Real Time - quantitative PCR) were performed. In addition, transient gene expression analyses were performed on tobacco leaves. The results of this study show that TCP8 is a negative regulator of breaking dormancy in Arabidopsis thaliana. Together, these results suggest that TCP8 and TCP14 (both of class I TCPs) modulate the dormancy break in a contrasting manner. Thus, the role of TCP8 and TCP14 was demonstratedduring the germination of A. thaliana. Together, these data indicate the complexity of the germination process. Keywords: Germination. Dormancy. Seeds. Salt Stress. Stylosanthes humilis. Transcription factors. Arabidopsis thaliana.

A formação de uma população de plantas depende da plasticidade da germinação de suas sementes. Esta tese tem como objetivo compreender o mecanismo de germinação de sementes em resposta ao estresse salino e o papel de fatores de transcrição na germinação. No capítulo I, é revisado o impacto das mudanças climáticas nas sementes e o efeito no equilíbrio hormonal. Além disso, fazemos uma breve revisão dos efeitos epigenéticos em sementes e seus impactos na adaptabilidade de plantas, o que pode contribuir para novas perspectivas. Nos capítulos seguintes, buscou-se investigar (i) o papel do sódio e do pH no equilíbrio hormonal durante a germinação de sementes de Stylosanthes humilis. (ii) O papel dos fatores de transcrição na dormência e germinação de sementes de Arabidopsis thaliana. Esses estudos foram realizados em dois experimentos independentes, que compõem os capítulos II e III aqui apresentados. No segundo capítulo, foram realizados os seguintes procedimentos: sementes de S. humilis foram incubadas em solução de NaCl e Na 2 CO 3 para a quantificação de etileno, ácido abscísico (ABA), ácido 1-carboxílico-1-aminociclopropano (ACC), ACC oxidase (ACO) e metabólitos primários. Os resultados mostram que o estresse salino induz a síntese de ABA de forma independente do pH, levando a redução na biossíntese do etileno, principal hormônio envolvido na germinação de S. humilis. O terceiro capítulo, teve como objetivo compreender como o fator de transcrição da família TEOSINTE BRANCHED1 CYCLOIDEA PROLIFERATING CELL FACTORS (TCP) regula a germinação de sementes de A. thaliana. Para ajudar a elucidar o funcionamento dos genes TCP8 e TCP14, mutantes TCP foram testados durante a germinação das sementes. Dados de sequenciamento de RNA de sementes de mutantes TCP foram usados para identificar os potenciais genes regulados por TCPs. O fenótipo foi avaliado e RT-qPCR (Real Time-quantitative PCR) foram realizados. Além disso, foram realizadas análises de expressão transiente de genes em folhas de tabaco. Os resultados deste estudo mostram que o TCP8 é um regulador negativo daquebra de dormência em A. thaliana. Juntos, esses resultados sugerem que o TCP8 e o TCP14 (ambos de TCPs de classe I) modulam a quebra de dormência de maneira contrastante. Assim, o papel do TCP8 e do TCP14 foi demonstrado durante a germinação de A. thaliana. Além disso, esses dados indicam o complexo processo de germinação. Palavras-chave: Germinação. Dormência. Stress salino. Stylosanthes humilis. Fatores de transcrição. Arabidopsis thaliana.