Strigolactones affect phosphorus acquisition strategies in tomato plants

Resumo

Estrigolactonas (SLs) são hormônios vegetais que modulam mudanças morfológicas, fisiológicas e bioquímicas como parte das estratégias de aclimatação para deficiência de fósforo (P), mas uma descrição aprofundada de seus efeitos sobre as estratégias de aquisição de P do tomate sob condição de escassez de P. Portanto, neste estudo, investigamos como os SLs impactam na exsudação radicular e na absorção de P, em termos qualitativos e quantitativos ao longo do tempo, em tomateiros silvestres e SL-empobrecidos cultivados com ou sem P. Sob escassez de P, as plantas SL-esgotadas foram incapazes de ativar eficientemente a maioria dos mecanismos associados com a resposta de inanição P (PSR), exceto para a regulação dos transportadores P e aumento da atividade de enzimas P-solubilizantes. A redução da biossíntese de SL teve efeitos negativos também sob a provisão normal de P, pois as plantas sobre ativaram transportadores de alta afinidade e atividades enzimáticas (fitase, fosfatase ácida) para sustentar elevada absorção de P, a grandes custos de carbono e nitrogênio. Uma mudança no início da PSR também foi destacada nessas plantas. Concluímos que SLs são reguladores cinéticos mestres do PSR em tomate e que sua síntese defeituosa pode levar a resultados nutricionais subótimos sob depleção de P e controle desequilibrado da absorção de P quando P está disponível.

Abstract

Strigolactones (SLs) are plant hormones that modulate morphological, physiological and biochemical changes as part of the acclimation strategies to phosphorus (P) deficiency, but an in-depth description of their effects on tomato P-acquisition strategies under P shortage is missing. Therefore, in this study, we investigate how SLs impact on root exudation and P uptake, in qualitative and quantitative terms over time, in wild-type and SL-depleted tomato plants grown with or without P. Under P shortage, SL-depleted plants were unable to efficiently activate most mechanisms associated with the P starvation response (PSR), except for the up-regulation of P transporters and increased activity of P-solubilizing enzymes. The reduced SL biosynthesis had negative effects also under normal P provision, because plants overactivated high-affinity transporters and enzymatic activities (phytase, acidic phosphatase) to sustain elevated P uptake, at great carbon and nitrogen costs. A shift in the onset of PSR was also highlighted in these plants. We conclude that SLs are master kinetic regulators of the PSR in tomato and that their defective synthesis might lead both to suboptimal nutritional outcomes under P depletion and an unbalanced control of P uptake when P is available.