The Involvement of Gibberellins in 1,8-Cineole-Mediated Inhibition of Sprout Growth in Russet Burbank Tubers

Abstract

The involvement of gibberellins in 1,8-cineole-mediated inhibition of tuber sprout growth was investigated in non-dormant field- and greenhouse-grown tubers of Russet Burbank. Continuous exposure of tubers to cineole in the vapor-phase resulted in a dose-dependent inhibition of sprout growth. Comparative studies using plant bioassay systems whose growth was differentially dependent on cell division, cell elongation, or both demonstrated that cineole had no direct effect on either process. Of the assays used, only cineole-mediated inhibition of etiolated hypocotyl growth mirrored the inhibition of tuber sprout growth which suggested an effect on gibberellin synthesis or action. Both GA₁₉ and GA₂₀ were detected in extracts prepared from control sprouts but only GA₁₉ was found in extracts prepared from cineole treated sprouts. Exogenous GA_3, GA₂₀, and GA₁ (but not GA₁₉) reversed cineole-mediated sprout growth inhibition. Expression of genes encoding key GA metabolic enzymes was altered by cineole treatment in a manner consistent with diminished endogenous GA content. Collectively, these results suggest that the inhibition of sprout growth by low vapor-phase concentrations of cineole is in part a result of impaired GA biosynthesis resulting in a reduction in bioactive GA content.

Resumen

Se investigó el involucramiento de giberelinas en la inhibición del crecimiento del brote de tubérculo mediado por 1,8-cineole, en tubérculos en dormancia del campo y del invernadero de Russet Burbank. La exposición continua de los tubérculos a cineole en la fase de vapor dio por resultado una inhibición del crecimiento del brote dependiente de la dosis. Estudios comparativos usando sistemas de bioensayos de plantas cuyo crecimiento era diferencialmente dependiente de la división celular, elongación celular, o ambas, demostraron que cineole no tuvo efecto directo en ninguno de los procesos. De los ensayos usados, solamente la inhibición mediada por cineole de crecimiento de hipocotilo elongado, reflejó la inhibición del crecimiento del brote de tubérculo, lo cual sugirió un efecto en la síntesis o acción de giberelina. Se detectaron GA19 y GA20 en extractos preparados de los brotes testigo, pero solo el GA19 se encontró en los extractos de brotes tratados con cineole. La aplicación exógena de GA3, GA20 y GA1 (no GA 19) revirtió la inhibición del crecimiento del brote mediada por cineole. Se alteró la expresión de los genes que codifican las enzimas metabólicas clave de GA mediante el tratamiento con cineole de manera consistente con la disminución del contenido endógeno de GA. Colectivamente, estos resultados sugieren que la inhibición del crecimiento del brote por bajas concentraciones de cineole en fase de vapor es en parte un resultado de la biosíntesis debilitada de GA, resultando en una reducción del contenido de GA bioactivo.