Abscisic Acid-Induced Reactive Oxygen Species Are Modulated by Flavonols to Control Stomata Aperture

Resumo

O ácido abscísico (ABA) aumenta as espécies reativas de oxigênio (ERO) nas células-guarda para fechar os estômatos de Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Em tomate (Solanum lycopersicum), descobrimos que o aumento de ERO induzido por ABA é seguido pelo fechamento estomático e que ambas as respostas são bloqueadas por inibidores de enzimas oxidase de explosão respiratória produtoras de ERO. A fluorescência do sensor de ERO induzido por ABA acumula-se no núcleo, cloroplastos e endomembranas. O acúmulo de flavonóis antioxidantes nas células-guarda, mas não nas células pavimentosas circundantes, foi visualizado por microscopia confocal usando um corante fluorescente específico para flavonóis. A diminuição de flavonóis nas células-guarda do mutante anthocyanin reduced (are) e os níveis elevados no mutante anthocyanin without (aw) foram quantificados por microscopia confocal e em extratos de folhas por espectrometria de massa. Consistente com os flavonóis atuando como antioxidantes, níveis mais altos de ERO foram detectados nas células-guarda do mutante are de tomate e níveis mais baixos foram detectados em aw tanto na homeostase quanto após tratamento com ABA. Esses resultados demonstram a relação inversa entre flavonóis e ERO. As células-guarda de are mostram maior fechamento induzido por ABA do que o tipo selvagem, abertura de células-guarda dependente de luz reduzida e menor perda de água, com aw tendo respostas opostas. O tratamento com etileno de plantas de tomate do tipo selvagem aumentou o acúmulo de flavonóis nas células-guarda; no entanto, nenhum aumento de flavonóis foi observado em Neverripe (Nr), um mutante do receptor de etileno. Consistente com níveis mais baixos de ERO devido a flavonóis elevados, os tratamentos com etileno diminuíram o fechamento estomático induzido por ABA no tipo selvagem, mas não em Nr, com respostas ao etileno atenuadas no mutante are. Juntos, esses resultados são consistentes com os flavonóis amortecedores da explosão de ERO dependente de ABA que impulsiona o fechamento estomático e facilitam a abertura estomática para modular as trocas gasosas foliares.

Abstract

Abscisic acid (ABA) increases reactive oxygen species (ROS) in guard cells to close Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) stomata. In tomato (Solanum lycopersicum), we find that ABA-increased ROS is followed by stomatal closure and that both responses are blocked by inhibitors of ROS-producing respiratory burst oxidase enzymes. ABA-induced ROS sensor fluorescence accumulates in the nucleus, chloroplasts, and endomembranes. The accumulation of flavonol antioxidants in guard cells, but not surrounding pavement cells, was visualized by confocal microscopy using a flavonol-specific fluorescent dye. Decreased flavonols in guard cells in the anthocyanin reduced (are) mutant and elevated levels in the anthocyanin without (aw) mutant were quantified by confocal microscopy and in leaf extracts by mass spectrometry. Consistent with flavonols acting as antioxidants, higher levels of ROS were detected in guard cells of the tomato are mutant and lower levels were detected in aw both at homeostasis and after treatment with ABA. These results demonstrate the inverse relationship between flavonols and ROS. Guard cells of are show greater ABA-induced closure than the wild type, reduced light-dependent guard cell opening, and reduced water loss, with aw having opposite responses. Ethylene treatment of wild-type tomato plants increased flavonol accumulation in guard cells; however, no flavonol increases were observed in Neverripe (Nr), an ethylene receptor mutant. Consistent with lower levels of ROS due to elevated flavonols, ethylene treatments decreased ABA-induced stomatal closure in the wild type, but not Nr, with ethylene responses attenuated in the are mutant. Together, these results are consistent with flavonols dampening the ABA-dependent ROS burst that drives stomatal closure and facilitating stomatal opening to modulate leaf gas exchange.