Cytokinin signaling regulates cambial development in poplar

0323732 - ÚEB 2009 RIV US eng J - Článek v odborném periodiku
Nieminen, K. - Immanen, J. - Laxell, M. - Kauppinen, L. - Tarkowski, Petr - Doležal, Karel - Tähtiharju, S. - Elo, A. - Decourteix, M. - Ljung, K. - Bhalerao, R. - Keinonen, K. - Albert, V. A. - Helariutta, Y.
Cytokinin signaling regulates cambial development in poplar.
[Cytokininový signaling reguluje kambiální vývoj topolu.]
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Roč. 105, č. 50 (2008), s. 20032-20037. ISSN 0027-8424. E-ISSN 1091-6490
Výzkumný záměr: CEZ:AV0Z50380511
Klíčová slova: cambial activity * cambium * secondary development * Populus * CYTOKININ OXIDASE
Kód oboru RIV: CE - Biochemie
Impakt faktor: 9.380, rok: 2008

Although a substantial proportion of plant biomass originates from the activity of vascular cambium, the molecular basis of radial plant growth is still largely unknown. To address whether cytokinins are required for cambial activity, we studied cytokinin signaling across the cambial zones of 2 tree species, poplar (Populus trichocarpa) and birch (Betula pendula). We observed an expression peak for genes encoding cytokinin receptors in the dividing cambial cells. We reduced cytokinin levels endogenously by engineering transgenic poplar trees (P. tremula x tremuloides) to express a cytokinin catabolic gene, Arabidopsis CYTOKININ OXIDASE 2, under the promoter of a birch CYTOKININ RECEPTOR 1 gene. Transgenic trees showed reduced concentration of a biologically active cytokinin, correlating with impaired cytokinin responsiveness. In these trees, both apical and radial growth was compromised. However, radial growth was more affected, as illustrated by a thinner stem diameter than in WT at same height. To dissect radial from apical growth inhibition, we performed a reciprocal grafting experiment. WT scion outgrew the diameter of transgenic stock, implicating cytokinin activity as a direct determinant of radial growth. The reduced radial growth correlated with a reduced number of cambial cell layers. Moreover, expression of a cytokinin primary response gene was dramatically reduced in the thin-stemmed transgenic trees. Thus, a reduced level of cytokinin signaling is the primary basis for the impaired cambial growth observed. Together, our results show that cytokinins are major hormonal regulators required for cambial development.

Přestože podstatná část biomasy tvořené rostlinami pochází z aktivity vaskulárního kambia, molekulární podstata radiálního růstu rostlin zůstává neobjasněna. Abychom objasnili, zda jsou cytokininy nezbytné pro aktivitu kambia, studovali jsme cytokininový signaling napříč kambiem u dvou stromů, topolu (Populus trichocarpa) a břizy ((Betula pendula). Podařilo se nám v transgenních topolech exprimujících gen katabolismu cytokininů CKX2 pod kontrolou promotoru cytokininového receptoru 1 snižit hladiny cytokininů. Tyto transgenní stromy vykazovaly snížené hladiny aktivních cytokininů, což vedlo k retardaci vrcholového i radiálního růstu. Redukovaný radiální růst koreloval se sníženým počtem vrstev buněk v kambiu. Naše výsledky ukazují, že cytokininy jsou hlavními hormonálními regulátory kambiální aktivity.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0171600