Programmed cell death in in vitro plants of Luffa cylindrica (L.) Roem: a physiological investigation

Abstract

Programmed cell death (PCD) is a crucial regulatory mechanism in plant life cycles, impacting various stages from reproduction to leaf aging. Polyamines, including putrescine, spermidine, and spermine, play significant roles in PCD regulation, while newer polyamines like thermospermine (TSPM) and xylem (XY) also influence plant growth and development. Synthetic auxin analogs such as 2,4-D Iso-octyl ester (2,4-D IOE) have been shown to affect root formation and xylem development. Luffa cylindrica, an economically important plant species, exhibits various PCD processes during its development stages, yet research into its morphological and physiological aspects, particularly concerning PCD- aspects, remains elusive. Recent studies have focused on investigating the impact of different treatments involving polyamines and growth regulators on Luffa cylindrica grown in vitro. These studies have examined growth characteristics, plant anatomy, antioxidant activity, lipid peroxidation, andgene expression. In vitro cultivation techniques, such as photoheterotrophic (PH) and photomixotrophic (PM) systems, have been employed to study Luffa growth under controlled conditions. Comparative analysis between PH and PM systems has revealed differences in growth parameters, metabolism, and stress response. Notably, PH cultivation has been associated with anatomical changes, altered metabolism, and increased antioxidant enzyme activity, indicating higher susceptibility to oxidative damage compared to the PM system. Furthermore, proteomic analysis has identified proteins potentially involved in PCD regulation, suggesting Luffa cylindrica as a promising model for studying PCD mechanism in plants. Keywords: Programmed Cell Death. Plant anatomy. Proteomics. Polyamines. Oxidative stress.A morte celular programada (MCP) é um mecanismo regulatório crucial nos ciclos de vidadas plantas, impactando várias etapas, desde a reprodução até o envelhecimento das folhas.As poliaminas, incluindo putrescina, espermidina e espermina, desempenham papéis significativos na regulação da MCP, enquanto poliaminas mais recentes como termospermina (TSPM) e xilemina (XY) também influenciam o crescimento e desenvolvimento das plantas. Auxinas análogas sintéticas como o éster iso-octílico de 2,4-D (2,4-D IOE) mostraram afetar aformação de raízes e o desenvolvimento do xilema. Luffa cylindrica, uma espécie de planta economicamente importante, exibe vários fenômenos de MCP durante suas fases de crescimento, mas a pesquisa sobre seus aspectos morfológicos e fisiológicos, especialmente em relação ao envolvimento da MCP, ainda é limitada. Estudos recentes têm se concentrado em investigar o impacto de diferentes tratamentos envolvendo poliaminas e reguladores de crescimento em Luffa cylindrica cultivada in vitro. Esses estudos examinaram características de crescimento, anatomia da planta, atividade antioxidante, peroxidação lipídica e aspectos moleculares. Além disso, técnicas de cultivo, como os sistemas foto-heterotrófico (PH) e fotomixotrófico (PM), foram empregadas para estudar o crescimento de Luffa em condições controladas. Análises comparativas entre os sistemas PH e PM revelaram diferenças em parâmetros de crescimento, metabolismo e resposta ao estresse. Notavelmente, o cultivo PH foi associado a mudanças anatômicas, metabolismo alterado e aumento da atividade enzimática antioxidante, indicando maior suscetibilidade a danos oxidativos em comparação com o sistema PM. Além disso, a análise proteômica identificou proteínas potencialmente envolvidas na regulação da MCP, sugerindo Luffa cylindrica como um modelo promissor paraestudar os mecanismos de MCP em plantas. Palavras-chave: Morte Celular Programada. Anatomia. Proteômica. Poliaminas. Estresse oxidativo.