Abscisic acid catabolism enhances dormancy release of grapevine buds

Resumo

O mecanismo molecular que regula a quebra de dormência em gemas de videira ainda não é claro. Anteriormente, foi proposto que a dormência é mantida pela repressão da atividade do meristema da gema mediada pelo ácido abscísico (ABA) e que a remoção dessa repressão desencadeia a quebra de dormência. Também foi proposto que essa remoção da repressão pode ser alcançada via regulação positiva natural ou artificial de VvA8H-CYP707A4, que codifica a ABA 8′-hidroxilase, e é o parálogo mais expresso em gemas de videira. O presente estudo examina mais profundamente essas suposições, e seus experimentos revelam que (a) hipoxia e etileno, estímulos de quebra de dormência de gemas, aumentam a expressão de VvA8H-CYP707A4 dentro das gemas de videira, (b) a proteína VvA8H-CYP707A4 acumula-se durante a transição natural para o estágio de quebra de dormência, e (c) videiras transgênicas superexpressando VvA8H-CYP707A4 exibem aumento do catabolismo de ABA e melhora significativa da quebra de gemas em ambientes controlados e naturais e laterais de verão basais mais longas. Os resultados sugerem que VvA8H-CYP707A4 funciona como uma enzima degradadora de ABA, e são consistentes com um modelo no qual o nível de VvA8H-CYP707A4 na gema é regulado positivamente por estímulos naturais e artificiais de quebra de gemas, o que leva ao aumento da capacidade de degradação de ABA, remoção da repressão endógena mediada por ABA e crescimento reforçado. Curiosamente, também sugere o compartilhamento de etapas regulatórias entre o crescimento de gemas latentes e laterais.

Abstract

The molecular mechanism regulating dormancy release in grapevine buds is as yet unclear. It was formerly proposed that dormancy is maintained by abscisic acid (ABA)-mediated repression of bud–meristem activity and that removal of this repression triggers dormancy release. It was also proposed that such removal of repression may be achieved via natural or artificial up-regulation of VvA8H-CYP707A4, which encodes ABA 8′-hydroxylase, and is the most highly expressed paralog in grapevine buds.
The current study further examines these assumptions, and its experiments reveal that (a) hypoxia and ethylene, stimuli of bud dormancy release, enhance expression of VvA8H-CYP707A4 within grape buds, (b) the VvA8H-CYP707A4 protein accumulates during the natural transition to the dormancy release stage, and (c) transgenic vines overexpressing VvA8H-CYP707A4 exhibit increased ABA catabolism and significant enhancement of bud break in controlled and natural environments and longer basal summer laterals.
The results suggest that VvA8H-CYP707A4 functions as an ABA degrading enzyme, and are consistent with a model in which the VvA8H-CYP707A4 level in the bud is up-regulated by natural and artificial bud break stimuli, which leads to increased ABA degradation capacity, removal of endogenous ABA-mediated repression, and enhanced regrowth. Interestingly, it also hints at sharing of regulatory steps between latent and lateral bud outgrowth.