Effects of gibberellin deficiency in the root-shoot adjustments during water deficit in tomato plants

Abstract

Gibberellins (GAs) belong to a class of plant hormones with multiple functions in the regulation of physiological processes associated with growth and development. It has been suggested that GAs also play an important role for plant tolerance to a range of adverse conditions. Especially on water deficit, little is known about the physiological and metabolic implications of changes in the endogenous GAs levels in plants. GAs are synthesized in young and actively growing organs in both leaves and roots being able to act locally or be transported to other tissues or organs. For a better understanding of the GAs effects on growth and tolerance to water deficit distinct experimental approaches were adopted. The first approach aimed to identify the physiological and metabolic effects of reduced GAs levels in tomato mutant plants, defective in GA biosynthesis, exposed to water deficit. The second approach aimed to understand the role of GA in root growth, morphology and primary metabolism, while the third approach aimed at understanding the regulation of organ growth through long-distance traffic of signaling molecules by conducting vessels in GA-deficient plants. The results presented in this thesis provided new information for the current knowledge involving GAs such as: (i) GA content promotes acclimatization and tolerance to water deficiency by altering the metabolism of proline and directing the biomass partitioning to the roots, maintaining leaf turgor; (ii) GAs alter the metabolism of amino acids and organic acids promoting greater root growth compared to shoot suggesting that root growth and primary metabolism is decoupled from shoot in GA deficient plants; (iii) shoot and root growth is reversed in scions and rootstocks mutant probably due to long-distance signals transport between these organs, and the GAs mobility may be strongly involved. Thus, the results presented here demonstrate that GAs are involved not only in regulating plant growth as a whole but also in stress responses.

As giberelinas (GAs) pertencem a uma classe de hormônios vegetais com múltiplas funções na regulação de processos fisiológicos associados ao crescimento e desenvolvimento. Sugere-se que as GAs podem desempenhar um papel importante na tolerância de planta a uma série de condições adversas. Especialmente sobre deficiência hídrica, pouco se sabe sobre as implicações fisiológicas e metabólicas das mudanças nos níveis endógenos de GAs nas plantas. As GAs podem ser sintetizadas em órgãos jovens e ativamente crescentes, tanto em folhas quanto em raízes, podendo agir localmente ou ser transportadas para outros tecidos ou órgãos. Diante do exposto, para um melhor entendimento dos efeitos da GAs no crescimento e tolerância á deficiência hídrica diferentes abordagens experimentais foram adotadas. A primeira buscou identificar os efeitos fisiológicos e metabólicos do reduzido nível de GAs em plantas de tomate mutantes na biossíntese de GAs quando expostas á deficiência hídrica. A segunda abordagem teve o objetivo de compreender o papel das GA no crescimento, morfologia e metabolismo primário de raízes enquanto a terceira abordagem visou o entendimento da regulação do crescimento de órgãos através do tráfego a longas distâncias de moléculas sinalizadoras pelos vasos condutores em plantas deficientes em GAs. Os resultados apresentados nesta tese forneceram novas informações para o conhecimento atual que envolve as GAs: (i) o conteúdo de GA promove aclimatação e tolerância a deficiência hídrica por alterar o metabolismo da prolina e direcionar a alocação de biomassa para as raízes mantendo o turgor foliar; (ii) as GAs alteram o metabolismo de aminoácidos e ácidos orgânicos promovendo maior crescimento radicular em comparação com a parte aérea sugerindo que o crescimento e o metabolismo primário de raízes é desacoplado da parte aérea em plantas deficientes em GA e; (iii) o crescimento da parte aérea e radicular é revertido em enxertos e porta-enxertos mutantes provavelmente devido ao transporte a longas distancias de sinais entre esses órgãos, podendo fortemente ser GAs móveis. Portanto, os resultados apresentados demonstram que as GAs estão envolvidas na regulação do crescimento da planta como um todo e nas respostas a estresses.