Genetic basis of ABA-GA hormonal cross-talk in the control of flowering time in Arabidopsis

Abstract

Abscisic acid (ABA) and Gibberellins (GA) are two key plant hormones mediating environmental responses. Both hormones play an important role in plant growth and development. Mutants deficient in the production of ABA and GA share phenotypic similarities such as a dwarf phenotype, the production of dark green leafs, and a late flowering phenotype, which suggests that is possible that both hormones share the same influence in the DELLA degradation process and have similar molecular targets. On the other hand literature suggests that ABA and GA are antagonist, for example Gibberellins promotes germination and ABA inhibits it. ABA is commonly related to osmotic/drought stress and the regulation of water balance, but how these effects are integrated with GA is still poorly understood. GA signaling is mediated by DELLA proteins, belonging to a plant specific family of putative transcription regulators, that act as repressors of GA responses. The current model of GA action proposes that DELLA proteins restrain plant growth whereas the GA promotes growth by overcoming DELLA-mediated growth restraint. To understand the basis of the hormonal cross-talk between ABA and GA, mutants of Arabidopsis DELLA genes – GAI, RGA, RGL1, RGL2 and RGL3 – and mutants involved in ABA biosynthetic and signaling pathways – ABA1 and ABI1 – were crossed and verified by PCR. In parallel, Western Blot essays were preformed to study the accumulation of DELLA proteins in ABA deficient and signaling mutants. Related to this cross-talk, previous literature shows that there is an accumulation of DELLA proteins in ABA-defective mutants – ABA1. The present study suggests that this accumulation also happens in ABI-defective mutants – ABI1. Therefore, this supports the idea that ABA has an important role in DELLA function, perhaps through the control of its degradation.

O ácido abscísico (ABA) e Giberelinas (GA) são duas importantes hormonas presentes em plantas que atuam dando respostas em situações de stress. As duas hormonas desempenham um papel importante no crescimento e no desenvolvimento das plantas, também partilham semelhanças fenotípicas como serem anãs, folhas verdes escuras e ambas florescem tardiamente. A literatura sugere que o ácido abscísico e as giberelinas são antagonistas, por exemplo, enquanto que as GA promovem a germinação o ABA inibe-a. O ácido abscísico está diretamente relacionado com a regulação do stresse osmótico e equilíbrio hídrico, porém aparentemente, não existe nenhuma referencia na interação com as proteínas DELLA. As proteínas DELLA, pertencem a uma família específica de reguladores da transcrição e são repressores intercelulares das respostas mediadas por GA. O modelo atual da ação GA degrada as proteínas DELLA, que restringem o crescimento da planta, enquanto que a sinalização GA promove o crescimento ao superar a restrição do crescimento mediada pelas DELLA. Estudos sugerem que existe uma relação hormonal entre o ácido abscísico e as giberelinas. Para entender esta relação hormonal, mutantes de Arabidopsis envolvidos na sinalização GA - GAI, RGA, RGL1, RGL2 e RGL3 - e os mutantes envolvidos nas vias biossintéticas e de sinalização da ABA - ABA1 e ABI1 - foram cruzados e testados geneticamente por PCR. Western Blots foram realizados de modo a entender acumulação das proteínas DELLA nos mutantes - ABA1, ABI1 e RGA. Simultaneamente, foram estudados múltiplos mutantes envolvidos na sinalização GA e cruzados com mutantes ABA, de modo a eliminar todas as proteínas DELLA e compreender o papel de ABA na degradação das DELLA. Relativamente à existente relação hormonal entre ABA-GA, a literatura sugere que existe uma acumulação de proteínas DELLA em mutantes ABA nomeadamente, ABA1. O presente estudo indica que esta acumulação também ocorre em mutantes ABI nomeadamente, ABI1. Ideias que neste caso apoiam a hipótese de que a ABA tem um papel importante na degradação de proteínas DELLA.