Ethylene evolution and endo-beta-mannanase activity during lettuce seed germination at high temperature

Abstract

High temperatures during lettuce seed imbibition can delay or completely inhibit germination and the endosperm layer appears to restrict the radicle protrusion. The role of endo-β-mannanase during lettuce seed germination at 35°C and the influence of ethylene in endo-β-mannanase regulation were investigated. Seeds of 'Dark Green Boston' (DGB) and 'Everglades' (EVE) were germinated in water, or 10 mmol L -1 of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC), or 10 mmol L -1 of aminoethoxyvinylglycine (AVG), or 20 mmol L -1 of silver thiosulphate (STS). Seeds were also primed in polyethylene glycol (PEG), or PEG + ACC, PEG + AVG, or PEG + STS. Untreated seeds germinated 100% at 20°C. At 35°C, EVE seeds germinated 100%, whereas DGB seeds germinated only 33%. Seed priming or adding ACC during incubation increased germination at 35°C. Higher ethylene evolution was detected in EVE than in DGB during germination at 35°C. AVG did not inhibit seed germination of DGB at 35°C, but STS did. Higher endo-β-mannanase activity was observed in EVE compared with DGB seeds. Providing ACC either during priming or during germination increased endo-β-mannanase activity, whereas AVG and STS led to decreased or no activity. Ethylene may overcome the inhibitory effect of high temperature in thermosensitive lettuce seeds due to increased endo-β-mannanase, possibly leading to weakening of the endosperm. Key words: Lactuca sativa, thermoinhibition, thermodormancy, endosperm weakening, seed priming EVOLUÇÃO DE ETILENO E ATIVIDADE DA ENZIMA ENDO-β-MANANASE DURANTE A GERMINAÇÃO DE SEMENTES DE ALFACE SOB ALTAS TEMPERATURASRESUMO: Altas temperaturas durante a embebição das sementes de alface podem atrasar ou inibir a germinação e o endosperma parece ser o responsável na restrição da protrusão da radícula. O envolvimento da enzima endo-β-mananase durante a germinação de sementes de alface a 35°C e a influência do etileno na regulagem desta enzima foram estudados. Sementes das cultivares Dark Green Boston (DGB) e Everglades (EVE) foram germinadas em água ou em soluções de 10 mmol L -1 de 1-aminociclopropano-1-ácido carboxilico (ACC), 10 mmol L -1 de amino-etoxi-vinil-glicina (AVG), ou 20 mmol L -1 de tiossulfato de prata (STS). Sementes foram ainda osmoticamente condicionadas em soluções de polietilenoglicol (PEG), ou PEG + ACC, PEG + AVG, ou PEG + STS. Sementes não tratadas germinaram 100% a 20°C. A 35°C, EVE germinou 100%, enquanto DGB germinou somente 33%. A germinação a 35°C aumentou em sementes osmoticamente condicionadas ou sementes que receberam ACC durante a incubação. Maior evolução de etileno foi detectada em EVE do que em DGB durante a germinação a 35°C. AVG não inibiu a germinação de DGB a 35°C, enquanto que STS inibiu. Maior atividade de endo-β-mananase nas sementes foi observada em EVE quando comparado com DGB. Fornecimento de ACC tanto durante o condicionamento osmótico como durante a germinação, aumentou a atividade de endo-β-mananase, enquanto que AVG e STS proporcionaram um decréscimo ou ausência da atividade enzimática. O...

Aspectos fisiológicos e bioquímicos da germinação de sementes de alface em diferentes temperaturas

“…Já a 35°C, apenas a cultivar Everglades manteve valores de germinação de 74%, o que está de acordo com trabalhos que caracterizam essa cultivar como termotolerante (Nascimento et al, 2004;Kozarewa et al, 2006). A germinação das cultivares Luiza e Elisa, a 35°C, foi intermediária em relação à das demais cultivares, que foram inibidas (termoinibidas).…”

“…Schwember & Bradford (2010) observaram que a cultivar Dark Green Boston, considerada termossensível, também apresentou menor atividade da endo-β-mananase. De acordo com Nascimento et al (2004), essa enzima é responsável pelo enfraquecimento das paredes celulares do endosperma das sementes de alface quando germinadas a temperaturas elevadas; com isso, genótipos termotolerantes apresentam maior atividade enzimática do que aqueles termossensíveis.…”

“…Os resultados de maior atividade da endo-β-mananase seguem a tendência dos maiores resultados de germinação, a 20°C, nas cultivares avaliadas (Tabela 1) e nos resultados obtidos por Nascimento et al (2004 Queitsch et al (2000), todos os organismos, embora sintetizem HSP em resposta ao calor, apresentam grande variação no balanço de proteínas sintetizadas na tolerância ao estresse. Ressalta-se que a cultivar Everglades, além de apresentar bandas específicas a 20 e 35ºC, também apresentou maior quantidade dessas proteínas, tendo relação direta, tanto com a germinação à alta temperatura quanto com a maior atividade da enzima endo-β-mananase.…”

“…Silva et al (2004) afirmam que, quando as sementes têm sua germinação limitada pelo endosperma, há necessidade do enfraquecimento desse tecido para que haja a protrusão da radícula, sendo esse papel desempenhado por enzimas como a endo-β-mananase. A parede celular do endosperma das sementes de alface é constituída, principalmente, de galactomananos, e a enzima endo-β-mananase faz parte do mecanismo de degradação (Nascimento et al, 2004). Assim, pode-se inferir que a maior atividade dessa enzima, em cultivares germinadas em altas temperaturas, está relacionada à termotolerância da semente.…”

Expression of9-cis-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE4Is Essential for Thermoinhibition of Lettuce Seed Germination but Not for Seed Development or Stress Tolerance

“…Exogenous application of ethylene or its precursor ACC can alleviate thermoinhibition in lettuce seeds, whereas ethylene biosynthesis or action inhibitors can enhance thermoinhibition (Saini et al, 1986(Saini et al, , 1989Nascimento et al, 2000Nascimento et al, , 2004Kozarewa et al, 2006). Silencing of NCED4 in Sal seeds increased transcript levels of two ethylene biosynthetic genes, ACS1 and ACO2 ( Figures 3J and 3K), both of which also have high transcript levels in UC seeds imbibed at high temperature .…”