Auxin driven indoleamine biosynthesis and the role of tryptophan as an inductive signal in Hypericum perforatum (L.)

Resumo

Nos 60 anos desde que Skoog e Miller relataram pela primeira vez o redirecionamento químico do crescimento das plantas os mecanismos bioquímicos subjacentes ainda são pouco compreendidos, com um desafio sendo a capacidade dos reguladores de crescimento aplicados agirem indiretamente ou serem metabolizados em ativos fitohormônios. Nossa hipótese é que o triptofano é metabolizado em auxina, melatonina ou organogênese indutora de serotonina em erva de São João (Hypericum perforatum L.). Raiz
explantes de duas linhagens de germoplasma de erva-de-são-joão com metabolismo alterado de melatonina e
metabolismo normal (tipo selvagem) foram incubados com auxina ou triptofano por 24, 48 ou 72 h para induzir a regeneração.
No tipo selvagem, o triptofano teve pouco efeito na via da indolamina e foi promover o crescimento primário, sugerindo que o excesso de triptofano se moveu  através de vários vias de metabólitos secundários e síntese de proteínas. Nas linhas 4 e 112 o triptofano foi associados com morfogênese modificada, níveis de indolamina e auxina. incubação com o triptofano aumentou a organogênese da parte aérea, enquanto a incubação com auxina levou à regeneração das raízes. O paradigma estabelecido vê o triptofano principalmente como um precursor para auxinas e indolaminas, entre outros metabólitos, e mediação da ação das auxinas por indoleaminas como uma interação unidirecional. Propomos que esses processos ocorram em ambas as direções com auxina modificando a biossíntese de indolamina e o balanço melatonina:serotonina contribuindo para seus efeitos na morfogênese da planta, e que o triptofano também funciona como um sinal indutivo para mediar diversas vias fitoquímicas e morfogenéticas.

Abstract

In the 60 years since Skoog and Miller first reported the chemical redirection of plant growth
the underlying biochemical mechanisms are still poorly understood, with one challenge
being the capacity for applied growth regulators to act indirectly or be metabolized to active
phytohormones. We hypothesized that tryptophan is metabolized to auxin, melatonin or
serotonin inducing organogenesis in St. John’s wort (Hypericum perforatum L.). Root
explants from two germplasm lines of St. John’s wort with altered melatonin metabolism and
wildtype were incubated with auxin or tryptophan for 24, 48 or 72 h to induce regeneration.
In wildtype, tryptophan had little effect on the indoleamine pathway, and was found to
promote primary growth, suggesting excess tryptophan moved quickly through various
secondary metabolite pathways and protein synthesis. In lines 4 and 112 tryptophan was
associated with modified morphogenesis, indoleamine and auxin levels. Incubation with
tryptophan increased shoot organogenesis while incubation with auxin led to root regeneration.
The established paradigm of thought views tryptophan primarily as a precursor for
auxin and indoleamines, among other metabolites, and mediation of auxin action by the
indoleamines as a one-way interaction. We propose that these processes run in both directions
with auxin modifying indoleamine biosynthesis and the melatonin:serotonin balance
contributing to its effects on plant morphogenesis, and that tryptophan also functions as an
inductive signal to mediate diverse phytochemical and morphogenetic pathways.