Secondary Active Transporters Decrease Cytokinin Flow into Barley Shoots and Inhibit their Growth under Phosphate Deficit

Исследование посвящено изучению роли вторично активного транспорта как одного из важных механизмов перераспределения цитокининов между побегом и корнем, обеспечивающего приспособительную к дефициту фосфора ростовую реакцию растений ячменя. Определяли концентрацию (нг/г сырой массы) и содержание (нг в целом органе) разных форм цитокининов в побегах и корнях растений ячменя методом иммуноферментного анализа (ИФА). Показано, что при дефиците фосфора поддержание массы корней, подавление их ветвления и снижение массы побегов растений ячменя сорта Прерия были обусловлены снижением концентрации цитокининов в побеге и повышением их содержания в корнях. Применение ингибитора вторично активного транспорта протонофора карбонилцианид-м- хлорфенилгидразона нивелировало гормональную реакцию на дефицит фосфора: предотвращало накопление цитокининов в корне и повышало их содержание в побеге, а также изменяло долю зеатина и его производных в суммарном содержании цитокининов в побегах и корнях. Анализ этих данных показал, что в корнях содержание зеатиннуклеотида и зеатинрибозида изменялось незначительно, в то время как максимально снижалось содержание зеатина, на поглощение которого клетками корней протонофор оказывал существенное влияние в отличие от рибозида. В работе обсуждается важная роль вторично активного трансмембранного переноса в регуляции транспорта цитокининов из корней в побеги при дефиците фосфатовSecondary active transport is one of the most important mechanisms controlling cytokinin distribution between shoots and roots which enables the adaptive growth reaction of barley. Concentrations (ng/g of fresh mass) and contents (ng/organ) of different forms of cytokinins were determined in shoots and roots of barley plants by immunoassay. It was shown that under phosphate deficit the maintenance of root growth, inhibition of root branching and decline in shoot mass of barley plants (Hordeum vulgare 'Prairie') was due to decline in shoot cytokinins and their accumulation in the roots. Protonophore carbonyl cyanide-m-chlorophenylhydrazone as an inhibitor of secondary active transport leveled off hormonal reaction to phosphate deficit: it prevented accumulation of cytokinins in roots, increased their content in shoots and changed the percentage of zeatin and its derivatives in total cytokinin content in roots and shoots. A data analysis showed that in roots, protonophore did not change significantly the content of ribosides and nucleotides of zeatin, while uptake of free zeatin by cells was significantly affected by the protonophore and its content decreased dramatically. The role of secondary active trans-membrane transfer is discussed in the context of cytokinins transport from roots to shoots under phosphate defici

Rhizobacteria Inoculation Effects on Phytohormone Status of Potato Microclones Cultivated In Vitro under Osmotic Stress

Water deficits inhibit plant growth and decrease crop productivity. Remedies are needed to counter this increasingly urgent problem in practical farming. One possible approach is to utilize rhizobacteria known to increase plant resistance to abiotic and other stresses. We therefore studied the effects of inoculating the culture medium of potato microplants grown in vitro with Azospirillum brasilense Sp245 or Ochrobactrum cytisi IPA7.2. Growth and hormone content of the plants were evaluated under stress-free conditions and under a water deficit imposed with polyethylene glycol (PEG 6000). Inoculation with either bacterium promoted the growth in terms of leaf mass accumulation. The effects were associated with increased concentrations of auxin and cytokinin hormones in the leaves and stems and with suppression of an increase in the leaf abscisic acid that PEG treatment otherwise promoted in the potato microplants. O. cytisi IPA7.2 had a greater growth-stimulating effect than A. brasilense Sp245 on stressed plants, while A. brasilense Sp245 was more effective in unstressed plants. The effects were likely to be the result of changes to the plant’s hormonal balance brought about by the bacteria

Влияние дефицита фосфора на рост корней, продукцию активных форм кислорода и содержание гормонов в растениях ячменя

The article presents the results of research into the effect of removing phosphate from a nutrient medium on the content of auxins and cytokinins in roots, root elongation and content of reactive oxygen species in root tips of the barley ‘Steptoe’. In our experiments, the growth response was detected as root elongation after a 4-day exposure to a phosphate-free medium. Activation of linear root growth was preceded by changes in hormonal balance and in the level of reactive oxygen species. Auxin content in the roots increased after 6 h of phosphate starvation and a two-fold increase in the concentration of auxins in roots was detected by the end of the first day of the exposure to the phosphate deficit conditions. Staining with diaminobenzidine revealed an increased level of reactive oxygen species in the root tips of phosphate-starved plants after 6 h of exposure. However, after one day (24 h), a reverse pattern was observed: the level of staining was higher in the plants supplied with phosphates. Immunolocalisation of cytokinins in the root tips, where the zones of cell division and extension determining root elongation are located, showed a decreased content of zeatin in the cells under the effect of phosphorus deficit. The obtained data suggest that the detected rise in the amount of reactive oxygen species was due to the increased concentration of auxins accumulated as a result of the phosphate deficit effect on the barley plants. The increase in ROS and auxins contents could in turn influence the level of cytokinins and, in the end, affect root elongation. Further experiments are needed to test this hypothesisВ работе представлены результаты изучения влияния удаления фосфатов из питательного раствора на содержание ауксинов и цитокининов в корнях, удлинение корней и содержание активных форм кислорода в кончиках корней растений ячменя. Ростовая реакция, проявившаяся в наших экспериментах в удлинении корней растений ячменя сорта Steptoe, была отмечена после 4 суток воздействия бесфосфатной среды. Активации линейной скорости роста корней предшествовали изменения гормонального баланса и уровня реактивных форм кислорода. C помощью метода иммуноферментного анализа через 6 часов воздействия дефицита фосфора было отмечено достоверное возрастание, а к концу первых суток – двукратное увеличение концентрации ауксинов в корне. На фоне фосфатного голодания окрашивание корней диаминобензидином позволило выявить повышенный уровень реактивных форм кислорода в кончиках корней через 6 часов; по истечении первых суток (24 ч) наблюдали обратную картину – уровень окрашивания корней снабженных фосфатами растений был выше. Результаты иммунолокализации цитокининов в кончиках корней, где и находятся определяющие рост корней в длину зоны деления и растяжения, показали снижение содержания зеатина в клетках, находящихся под влиянием дефицита фосфора. Полученные данные позволяют предположить, что выявленное накопление в корнях активных форм кислорода может быть обусловлено повышенной концентрацией ауксинов, накопившихся в результате воздействия дефицита фосфора на растения ячменя. Повышение уровня ауксинов и реактивных форм кислорода в свою очередь могло повлиять на уровень цитокининов и, в конечном счете, на удлинение корней. Требуются дальнейшие исследования для проверки этого предположени