The Effects of Dormancy Status on the Endogenous Contents and Biological Activities of Jasmonic Acid, N-(jasmonoyl)-Isoleucine, and Tuberonic Acid in Potato Tubers

Abstract

The effects of storage and dormancy progression on the endogenous contents and the growth-regulating activities of jasmonic acid (JA), jasmonoyl-isoleucine (JA-Ile), and tuberonic acid (TA) were determined in potato (Solanum tuberosum L. cv. Russet Burbank) minitubers and seed tubers over several harvest/storage seasons. In apical discs (consisting of both periderm and buds) isolated from minitubers undergoing natural dormancy progression, JA content was low immediately after harvest, remained essentially constant as dormancy weakened, rose >4-fold as sprouting commenced and declined by >50% as sprouting became more vigorous. JA-Ile content was more variable; remaining constant over 7 months of storage in 1 year and increasing ca. 5-fold over the same period during a second year. The TA content of minituber apical discs exceeded that of JA or JA-Ile by >20-fold and declined steadily to ca. 50% of initial levels during storage and dormancy progression. A similar but more temporally compressed pattern was found in chemically forced minituber apical discs following a 24 h treatment with the synthetic dormancy terminating agent bromoethane. A different pattern was observed in meristems isolated from seed tubers at three stages of dormancy progression. JA content was low in dormant meristems and remained constant in meristems isolated at late dormancy and following dormancy exit. The content of JA-Ile rose gradually as meristems progressed from deep dormancy to active sprouting. The TA content of isolated meristems was >20-fold higher than either JA or JA-Ile and rose slightly during dormancy progression. Exogenous JA (0.001 to 1 mM) had no effect on sprout growth when applied to intact non-dormant minitubers but treatment with 1 mM JA-Ile inhibited sprout growth by 35%. In contrast, direct application of 10 μg JA to single-eye tissue cylinders resulted in a 29% inhibition of sprout growth after 2 weeks while JA-Ile had no effect. Treatment of dormant minitubers with either JA or JA-Ile (0.01to1 mM) had no effect on dormancy duration or subsequent sprout growth. Collectively, these data do not support a major role for JA or its metabolites JA-Ile and TA in potato tuber dormancy control but they do not exclude other roles for these hormones in tuber physiology and early sprout growth.

Resumen

En minitubérculos y en tubérculos-semilla de papa (Solanum tuberosum L. cv. Russet Burbank) se determinaron durante varias temporadas de cosecha/almacenaje, los efectos del almacenamiento y del avance de la dormancia en el contenido endógeno y en actividades reguladoras del crecimiento del ácido jasmónico (JA), jasmonoyl-isoleucina (JA-Ile) y ácido tuberónico (TA). En discos apicales (consistentes en tanto peridermo como yemas) aislados de minitubérculos en pleno avance de dormancia natural, el contenido de JA fue bajo inmediatamente después de la cosecha, permaneciendo esencialmente constante a medida que la dormancia se debilitaba, aumentando más de cuatro veces su contenido cuando empezó la brotación y declinó a más del 50% a medida que la brotación se hizo más vigorosa. El contenido de JA-Ile fue más variable; permaneciendo constante durante siete meses de almacenamiento en un año y aumentando aproximadamente cinco veces sobre el mismo período durante el segundo año. El contenido de TA en discos apicales de minitubérculo excedió al de JA o JA-Ile por mas de 20 veces y declinó establemente a aproximadamente 50% de los niveles iniciales durante el progreso del almacenamiento y la dormancia. Se encontró un patrón similar pero mas temporalmente compacto en discos apicales de minitubérculos químicamente forzados después de 24 hs de tratamiento con el agente rompedor de dormancia bromoethano. Se observó un patrón diferente en meristemos aislados de tubérculos-semilla en tres estados de avance de la dormancia. El contenido de JA fue bajo en meristemos en dormancia y permaneció constante en meristemos aislados en dormancia tardía y después de la salida de la dormancia. El contenido de JA-Ile aumentó gradualmente a medida que los meristemos avanzaron de dormancia profunda a brotación activa. El contenido de TA de meristemos aislados fue 20 veces más alto que tanto JA o JA-Ile y aumentó ligeramente durante el avance de la dormancia. JA exógeno (0.001 a 1 mM) no tuvo efecto en el crecimiento del brote cuando se aplicó a minitubérculos intactos no en dormancia, pero tratamientos con 1 mM de JA-Ile inhibió el crecimiento del brote en un 35%. En contraste, la aplicación directa de 10 μg de JA a cilindros de tejido de un ojo individual resultó en un 29% de inhibición del crecimiento del brote después de dos semanas, mientras que JA-Ile no tuvo efecto. El tratamiento de minitubérculos en dormancia, ya fuera con JA o JA-Ile (0.01 a 1 mM) no tuvo efectos en la duración de la dormancia o en el crecimiento subsecuente del brote. Colectivamente, estos datos no respaldan un papel importante para JA o sus metabolitos JA-Ile y TA en el control de la dormancia de tubérculos de papa, pero no excluyen otros papeles para estas hormonas en la fisiología del tubérculo y en el crecimiento temprano del brote.