Nitrogen utilization during germination of somatic embryos of Norway spruce: revealing the importance of supplied glutamine for nitrogen metabolism

Abstract

Key message This paper shows that germinating Norway spruce somatic embryos are dependent on the carbon and nitrogen supplied in the medium, and that supplied glutamine accounts for 50 % of assimilated nitrogen during germination. Abstract The female megagametophyte, which provides the zygotic embryo with nitrogen (N), carbon (C) and energy during germination, is not present in Norway spruce (Picea abies) mature somatic embryos. Therefore, somatic embryos presumably rely on nutrients supplied in the germination medium in addition to their storage compounds accumulated during maturation. However, to what extent stored versus supplied compounds contribute to a somatic embryo germination is unclear. In this 24-day study, we addressed the above question by monitoring the biomass changes and the N and C budget during somatic embryo germination, under low-intensity red light. We found that the C and N storage reserves, accumulated during the maturation phase, were not sufficient to support the growth of the germinating somatic embryos, rather they were dependent on the medium components. In addition, in a previous study it has been found that glutamine (Gln) supplied in the medium was crucial for maintaining the primary amino acid (AA) metabolism and growth of the proliferating embryogenic cultures of Norway spruce (Carlsson et al., PLoS One 12(8):e0181785, 2017). Therefore, we hypothesised that Gln would be required as a significant source of N also during somatic embryo germination. By tracing the uptake of isotopically labelled N-sources from the medium and further into primary N assimilation, we found that Gln was the preferred source of N for the germinating somatic embryos, accounting for 50% of assimilated N. As the amounts of both arginine (Arg) and Gln were increased in the germinating somatic embryos, it also suggested that germination in low-intensity red light promoted N storage, similar to what has been observed in the zygotic embryo maturation in conifers (King, Gifford, Plant Physiol 113:1125-1135, 1997).

Factors Influencing Somatic Embryo Maturation in Sugi (Japanese Cedar, Cryptomeria japonica (Thunb. ex L.f.) D. Don)

“…Organic nitrogen is essential for the production of healthy embryos during SE, and glutamine is one of the most common sources of organic nitrogen reported in conifers [ 32 , 61 ]. The addition of glutamine, asparagine, arginine, and other AAs to the maturation medium has been commonly used to enhance the maturation efficiency of somatic embryos [ 2 , 5 , 29 , 35 , 45 , 62 , 63 , 64 , 65 , 66 , 67 ].…”

MADURACIÓN Y GERMINACIÓN DE EMBRIONES SOMÁTICOS DE Coffea arabica CV. COLOMBIA

“…La germinación de los embriones globulares que lograron madurar (Germinación M) provenientes de los medios con distintas dosis de ABA (14.3-25.0 %) fue inferior al testigo (60.0 %); la misma respuesta se observó con los embriones globulares que se expusieron a PEG (6.5-7.7 %) (Cuadro 3). Los bajos porcentajes de germinación de los embriones de la variedad Colombia expuestos a PEG 8000 concuerdan con los resultados de Rudiyanto et al (2014), quienes observaron que al utilizar concentraciones de PEG superiores a 50 g L -1 la maduración de los embriones somáticos de Jatropha curcas se inhibió; posiblemente, el PEG a las concentraciones probadas generó un estrés osmótico por arriba de lo que los embriones soportaban, lo cual evitó que éstos pudieran continuar con su desarrollo y acumularan sustancias de reserva necesarias para la germinación (Carlsson et al, 2019).…”

“…La germinación de los embriones torpedo del primer experimento, que provenían del tratamiento con 80 g L -1 de sacarosa y que alcanzaron la madurez (73.9 %), estuvo por debajo de la observada en el testigo (100.0 %) (Germinación M) (Cuadro 3), en tanto que la observada en los embriones torpedo del segundo experimento (1 mg L -1 de AG 3 + 0.5 mg L -1 de AIA) (44.4 %) no fue significativamente distinta del testigo (66.7 %) cuando sólo se consideraron los embriones maduros (Germinación M), ni cuando se calculó con respecto al número inicial de embriones (Germinación I) (Cuadro 3). Carlsson et al (2019) afirmaron que sólo los embriones que hayan acumulado suficientes sustancias de reserva en la maduración tendrán la capacidad de germinar y convertirse en plantas. De lo anterior, se puede inferir que la capacidad de germinación de los embriones de café está en función de su grado de madurez.…”

Propagasi in vitro tanaman kurma (Phoenix dactylifera L.) pada bioreaktor dengan perendaman sesaat

“…Eksplan yang rendah cadangan gula dan patinya tidak responsif ke tahap perkembangan berikutnya. Selain itu, Carlsson et al (2019) melaporkan bahwa pada tahap perkecambahan dan maturasi embrio somatik Picea abies, akumulasi karbon dan nitrogen pada sel tanaman tidak cukup untuk embrio berkecambah sehingga sangat bergantung pada nutrisi dari media maturasi. Pada penelitian ini, energi maupun cadangan karbon dan nitrogen tersebut dapat diperoleh oleh sel-sel embrio somatik kurma dari nutrisi dalam media, yang dapat diserap saat periode perendaman pada TIB.…”