Physiological and biochemical characterization of bud dormancy: Evolution of carbohydrate and antioxidant metabolisms and hormonal profile in a low chill peach variety

Abstract

In this work, we studied the interplay among the levels of starch, sugars, abscisic acid (ABA) and bioactive gibberellins (GAs), and the antioxidant metabolism during bud dormancy release in a low chill peach variety. The experiments were performed in two consecutive years and two geographical areas with different annual media temperature. In the cold area, peach plants accumulated more starch and soluble sugars than in the temperate area, sorbitol and sucrose being the most abundant sugars. The enzymatic activities of the ascorbate-glutathione (ASC-GSH) cycle and the ROS-scavengers enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase and peroxidase (POX) were measured. The increased activity of the ASC-GSH cycle enzymes and POX suggested a mild oxidative stress at endodormancy and at dormancy release periods. In this sense, the presence of H2O2-sensitive antioxidant enzymes, including Fe-SOD, Cu,Zn-SOD, POX and APX in the floral buds could trigger the oxidative signaling leading to dormancy release. Interestingly, the induction of a new POX isoenzyme occurred at dormancy release, suggesting its use as a marker for this event in low chill peach varieties. GAs levels decreased at the end of the dormancy period, whereas ABA levels showed a strong decline throughout the dormancy period, especially in buds from the cold area. As a consequence, a sharp decrease in the ABA/GAs ratio was observed, a phenomenon closely related to dormancy release. This response was more evident in the cold area. Results suggested that a decrease in ABA levels, as well as in the ABA/GAs ratio, may be necessary for the bud dormancy release in peach, at least in low chill varieties. Overall, we observed an interaction among sugars, antioxidant enzymes and plant hormones in the dormancy period. Glucose levels correlated with chill accumulation, peaking at ecodormancy and dormancy release. This response was parallel with increases in some antioxidant enzymes, the induction of a new POX isoenzyme and the decline in ABA levels and the ratio ABA/GAs.

En este trabajo, estudiamos la interacción entre los niveles de almidón, azúcares, ácido abscísico (ABA) y giberelinas bioactivas (GAs), así como el metabolismo antioxidante durante la liberación de la latencia de las yemas en una variedad de melocotón de bajo requerimiento de frío. Los experimentos se realizaron en dos años consecutivos y en dos áreas geográficas con diferentes temperaturas medias anuales. En la zona fría, las plantas de melocotón acumularon más almidón y azúcares solubles que en la zona templada, siendo el sorbitol y la sacarosa los azúcares más abundantes. Se midieron las actividades enzimáticas del ciclo ascorbato-glutatión (ASC-GSH) y de las enzimas eliminadoras de ROS, superóxido dismutasa (SOD), catalasa y peroxidasa (POX). El aumento de la actividad de las enzimas del ciclo ASC-GSH y POX sugirió un leve estrés oxidativo durante la endodormancia y los períodos de liberación de la latencia. En este sentido, la presencia de enzimas antioxidantes sensibles a H2O2, incluyendo Fe-SOD, Cu,Zn-SOD, POX y APX en las yemas florales, podría desencadenar la señalización oxidativa que conduce a la liberación de la latencia. Curiosamente, la inducción de una nueva isoenzima POX ocurrió durante la liberación de la latencia, lo que sugiere su uso como marcador para este evento en variedades de melocotón de bajo requerimiento de frío. Los niveles de GAs disminuyeron al final del período de latencia, mientras que los niveles de ABA mostraron una fuerte disminución a lo largo del período de latencia, especialmente en las yemas de la zona fría. Como consecuencia, se observó una pronunciada disminución en la relación ABA/GAs, un fenómeno estrechamente relacionado con la liberación de la latencia. Esta respuesta fue más evidente en la zona fría. Los resultados sugieren que una disminución en los niveles de ABA, así como en la relación ABA/GAs, puede ser necesaria para la liberación de la latencia en melocotón, al menos en variedades de bajo requerimiento de frío. En general, observamos una interacción entre azúcares, enzimas antioxidantes y hormonas vegetales durante el período de latencia. Los niveles de glucosa se correlacionaron con la acumulación de frío, alcanzando su máximo en la ecodormancia y la liberación de la latencia. Esta respuesta fue paralela a los aumentos en algunas enzimas antioxidantes, la inducción de una nueva isoenzima POX y la disminución de los niveles de ABA y la relación ABA/GAs