Endogenous hormone concentrations correlate with fructan metabolism throughout the phenological cycle in Chrysolaena obovata.
OBJECTIVE
Chrysolaena obovata, an Asteraceae of the Brazilian Cerrado, presents seasonal growth, marked by senescence of aerial organs in winter and subsequent regrowth at the end of this season. The underground reserve organs, the rhizophores, accumulate inulin-type fructans, which are known to confer tolerance to drought and low temperature. Fructans and fructan-metabolizing enzymes show a characteristic spatial and temporal distribution in the rhizophores during the developmental cycle. Previous studies have shown correlations between abscisic acid (ABA) or indole acetic acid (IAA), fructans, dormancy and tolerance to drought and cold, but the signalling mechanism for the beginning of dormancy and sprouting in this species is still unknown.


METHODS
Adult plants were sampled from the field across phenological phases including dormancy, sprouting and vegetative growth. Endogenous concentrations of ABA and IAA were determined by GC-MS-SIM (gas chromatography-mass spectrometry-selected ion monitoring), and measurements were made of fructan content and composition, and enzyme activities. The relative expression of corresponding genes during dormancy and sprouting were also determined.


RESULTS
Plants showed a high fructan 1-exohydrolase (EC 3.2.1.153) activity and expression during sprouting in proximal segments of the rhizophores, indicating mobilization of fructan reserves, when ABA concentrations were relatively low and precipitation and temperature were at their minimum values. Concomitantly, higher IAA concentrations were consistent with the role of this regulator in promoting cell elongation and plant growth. With high rates of precipitation and high temperatures in summer, the fructan-synthesizing enzyme sucrose:sucrose 1-fructosyltransferase (EC 2.4.1.99) showed higher activity and expression in distal segments of the rhizophores, which decreased over the course of the vegetative stage when ABA concentrations were higher, possibly signalling the entry into dormancy.


CONCLUSIONS
The results show that fructan metabolism correlates well with endogenous hormone concentrations and environmental changes, suggesting that the co-ordinated action of carbohydrate metabolism and hormone synthesis enables C. obovata to survive unfavourable field conditions. Endogenous hormone concentrations seem to be related to regulation of fructan metabolism and to the transition between phenophases, signalling for energy storage, reserve mobilization and accumulation of oligosaccharides as osmolytes.
Núcleo de Pesquisa em Fisiologia e Bioquímica, Instituto de Botânica, PO Box 68041, CEP 04045-972, São Paulo, SP, Brazil, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Instituto de Botânica, São Paulo, Brazil, Universidade de Mogi das Cruzes-Campus Villa Lobos, CEP 05305-000, São Paulo, SP, Brazil and Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental/NAPAN, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, CEP 05422-970 São Paulo, SP, Brazil Núcleo de Pesquisa em Fisiologia e Bioquímica, Instituto de Botânica, PO Box 68041, CEP 04045-972, São Paulo, SP, Brazil, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Instituto de Botânica, São Paulo, Brazil, Universidade de Mogi das Cruzes-Campus Villa Lobos, CEP 05305-000, São Paulo, SP, Brazil and Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental/NAPAN, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, CEP 05422-970 São Paulo, SP, Brazil.
Athos Poli
AP
Rigui
Núcleo de Pesquisa em Fisiologia e Bioquímica, Instituto de Botânica, PO Box 68041, CEP 04045-972, São Paulo, SP, Brazil, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Instituto de Botânica, São Paulo, Brazil, Universidade de Mogi das Cruzes-Campus Villa Lobos, CEP 05305-000, São Paulo, SP, Brazil and Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental/NAPAN, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, CEP 05422-970 São Paulo, SP, Brazil.
Marília
M
Gaspar
Núcleo de Pesquisa em Fisiologia e Bioquímica, Instituto de Botânica, PO Box 68041, CEP 04045-972, São Paulo, SP, Brazil, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Instituto de Botânica, São Paulo, Brazil, Universidade de Mogi das Cruzes-Campus Villa Lobos, CEP 05305-000, São Paulo, SP, Brazil and Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental/NAPAN, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, CEP 05422-970 São Paulo, SP, Brazil Núcleo de Pesquisa em Fisiologia e Bioquímica, Instituto de Botânica, PO Box 68041, CEP 04045-972, São Paulo, SP, Brazil, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Instituto de Botânica, São Paulo, Brazil, Universidade de Mogi das Cruzes-Campus Villa Lobos, CEP 05305-000, São Paulo, SP, Brazil and Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental/NAPAN, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, CEP 05422-970 São Paulo, SP, Brazil.
Vanessa F
VF
Oliveira
Núcleo de Pesquisa em Fisiologia e Bioquímica, Instituto de Botânica, PO Box 68041, CEP 04045-972, São Paulo, SP, Brazil, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Instituto de Botânica, São Paulo, Brazil, Universidade de Mogi das Cruzes-Campus Villa Lobos, CEP 05305-000, São Paulo, SP, Brazil and Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental/NAPAN, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, CEP 05422-970 São Paulo, SP, Brazil.
Eduardo
E
Purgatto
Núcleo de Pesquisa em Fisiologia e Bioquímica, Instituto de Botânica, PO Box 68041, CEP 04045-972, São Paulo, SP, Brazil, Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, Instituto de Botânica, São Paulo, Brazil, Universidade de Mogi das Cruzes-Campus Villa Lobos, CEP 05305-000, São Paulo, SP, Brazil and Departamento de Alimentos e Nutrição Experimental/NAPAN, Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo, CEP 05422-970 São Paulo, SP, Brazil mam.carvalho@gmail.com.
Maria Angela Machado de
MA
Carvalho
D000040:Abscisic Acid / Q000378:metabolism*; D019659:Asteraceae / Q000254:growth & development / Q000378:metabolism*; D001938:Brazil; D005630:Fructans / Q000378:metabolism*; D008401:Gas Chromatography-Mass Spectrometry; D007210:Indoleacetic Acids / Q000378:metabolism*; D012621:Seasons
D005630:Fructans; D007210:Indoleacetic Acids; D000040:Abscisic Acid
ABA; Asteraceae; Cerrado; Chrysolaena obovata; IAA; Vernonia herbacea; carbohydrate reserves; fructan metabolism; hormone signalling; inulin; rhizophore; seasonal dormancy