Age-dependent miR156-targeted SPLs are required for extrafloral nectary development and ecological relationships in Passiflora spp

Abstract

Extrafloral nectaries (EFNs) are recognized as leaf structures that foster important ecologically protective mutualisms between plant and animal communities. In many species, EFNs are absent from leaves produced immediately after germination and appear as the plant ages, indicating a link with plant age. The miR156/SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE (SPL) module is the master regulator of the transition from juvenile to adult vegetative phase, but how age cues control EFN establishment remains poorly understood. Here, we combined genetic and molecular studies to investigate how leaf development and EFN patterning are regulated by miR156/SPL module in two EFN-containing Passiflora species with distinct leaf shapes. Low miR156 levels correlate with leaf maturation and EFN formation in Passiflora edulis and P. cincinnata. Consistently, overexpression of miR156 (miR156- OE), leads to low levels of SPLs, alters plant height and architecture, leaf morphology, and delayed flowering, as reported in other species. Furthermore, it affected leaf ontogeny and EFN in both species. Laminar EFNs were smaller and less abundant in both P. edulis and P. cincinnata miR156-OE leaves. Importantly, the ecological relationships established by EFNs and their sugar profiles were negatively regulated by high levels of miR156. Moreover, transcriptome analysis of young leaf primordia revealed that miR156-targeted SPLs may be required to properly express leaf and EFN development-associated genes in P. edulis and P. cincinnata. Our work provides the first evidence that the conserved age-dependent miR156/SPL module may be deployed to orchestrate EFN development and that the program responsible for EFN development is closely associated with the heteroblastic developmental program of the EFN-bearing leaves. Keywords: Heteroblasty. Vegetative phase change. Nectary. miR156/SPL. Passifloraceae.Os nectários extraflorais (EFNs) são estruturas secretoras foliares que promovem importante interação mutualística de proteção entre as comunidades vegetais e animais. Em muitas espécies, os EFNs estão ausentes nas folhas iniciadas após a germinação e aparecem a medida que a planta envelhece, evidenciando um link com a idade da planta. O módulo miR156/SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE (SPL) é o regulador mestre da mudança de fase vegetativa juvenil para adulta, mas como os sinais de idade controlam o estabelecimento dos EFN permanece pouco compreendido. Aqui, combinamos estudos genéticos e moleculares para investigar como o desenvolvimento foliar e o padrão EFN são regulados através do módulo miR156/SPL em duas espécies de Passiflora contendo EFN com morfologia foliar distintos. Baixos níveis de miR156 correlacionaram-se com a maturação foliar e formação de EFN em Passiflora edulis e P. cincinnata. Consistentemente, a superexpressão de miR156 (miR156-OE), que leva a baixos níveis de SPLs, promoveram alterações na altura e arquitetura das plantas, morfologia das folhas e atraso na floração, como relatado em outras especies. Além disso, afetou o desenvolviemento foliar e EFN em ambas as espécies. Os EFNs laminares foram menores e menos abundantes nas folhas de P. edulis e P. cincinnata miR156-OE. Ressalte-se que as relações ecológicas estabelecidas pelos EFNs e o perfil de açúcares foram regulados negativamente por altos níveis de miR156. Além disso, a análise do transcriptoma de primórdios de folhas jovens revelou que SPLs alvos a miR156 podem ser necessários para a expressão adequada de genes associados ao desenvolvimento de folhas e EFN em P. edulis e P. cincinnata. Nosso trabalho fornece a primeira evidência de que o módulo miR156/SPL dependente da idade pode ser implantado para orquestrar o desenvolvimento de EFN e que o programa responsável pelo desenvolvimento de EFN está intimamente associado ao programa de desenvolvimento heteroblástico das folhas portadoras de EFN. Palavras-chave: Mudança de fase vegetativa. Nectário. miR156/SPL. Passifloraceae. Heteroblastia.