Functions of exogenous strigolactone application and strigolactone biosynthesis genes GhMAX3/GhMAX4b in response to drought tolerance in cotton (Gossypium hirsutum L.)

Resumo

Contexto: O estresse hídrico restringe marcadamente o crescimento das plantas e diminui a produtividade das culturas. As estrigolactonas (SLs) exercem uma influência benéfica sobre a resiliência das plantas a condições de seca. No entanto, a função específica das SLs na modulação da resposta do algodoeiro ao estresse hídrico permanece a ser elucidada.

Resultados: Neste estudo, avaliamos o impacto da administração exógena de SL (rac-GR24) em várias concentrações (0, 1, 5, 10, 20 µM) no crescimento do algodoeiro durante o estresse hídrico. Os achados revelam que plântulas de algodão tratadas com 5 µM de SL exógena exibem mitigação ótima da supressão do crescimento induzida pelo estresse hídrico. O tratamento com 5 µM de SL exógena sob condições de estresse hídrico melhora a tolerância à seca em plântulas de algodão ao aumentar a eficiência fotossintética, facilitar o fechamento estomático, diminuir a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS), aliviar a peroxidação lipídica de membranas, aumentar a atividade de enzimas antioxidantes, elevar os níveis de compostos osmorreguladores e regular positivamente a expressão de genes responsivos à seca. A supressão dos genes de biossíntese de SL do algodoeiro, MORE AXILLARY GROWTH 3 (GhMAX3) e GhMAX4b, prejudica a tolerância à seca do algodoeiro. Por outro lado, a superexpressão de GhMAX3 e GhMAX4b nos respectivos mutantes de Arabidopsis ameniza o fenótipo sensível à seca nesses mutantes.

Conclusão: Estas observações sublinham que as SLs reforçam significativamente a resistência do algodoeiro ao estresse hídrico

Abstract

Background
Drought stress markedly constrains plant growth and diminishes crop productivity. Strigolactones (SLs) exert a beneficial influence on plant resilience to drought conditions. Nevertheless, the specific function of SLs in modulating cotton’s response to drought stress remains to be elucidated.
Results
In this study, we assess the impact of exogenous SL (rac-GR24) administration at various concentrations (0, 1, 5, 10, 20 µM) on cotton growth during drought stress. The findings reveal that cotton seedlings treated with 5 µM exogenous SL exhibit optimal mitigation of growth suppression induced by drought stress. Treatment with 5 µM exogenous SL under drought stress conditions enhances drought tolerance in cotton seedlings by augmenting photosynthetic efficiency, facilitating stomatal closure, diminishing reactive oxygen species (ROS) generation, alleviating membrane lipid peroxidation, enhancing the activity of antioxidant enzymes, elevating the levels of osmoregulatory compounds, and upregulating the expression of drought-responsive genes. The suppression of cotton SL biosynthesis genes, MORE AXILLARY GROWTH 3 (GhMAX3) and GhMAX4b, impairs the drought tolerance of cotton. Conversely, overexpression of GhMAX3 and GhMAX4b in respective Arabidopsis mutants ameliorates the drought-sensitive phenotype in these mutants.
Conclusion
These observations underscore that SLs significantly bolster cotton’s resistance to drought stress.