Role of cytokinins in the regulation the chilling stress response in Triticum aestivum and Triticum spelta

Abstract

The research is devoted to the study of the eff ect of chilling (+4 °C, 2 h) on cytokinin homeostasis in 14-day stressed and 21-day restored plants of winter wheat (Triticum aestivum L.) cv. “Podolyanka” and spelt wheat (Triticum spelta L.) cv. “Frankenkorn”. Our study revealed that chilling induces complex changes in the content and distribution of cytokinins in plants that are species- and organ-specifi c. Aft er chilling, the total cytokinin content in the roots of winter wheat cv. “Podolyanka” increased threefold due to the accumulation of trans-zeatin-O-glucoside, trans-zeatin, isopentenyladenine and isopentenyladenosine. Stress did not aff ect trans-zeatin riboside accumulation in roots but induced a fourfold increase in its content in the shoots of winter wheat cv. “Podolyanka”. Th e total content of cytokinin in the roots of spelt wheat cv. “Frankenkorn” decreased by 1.4 times due to decline in trans-zeatin-O-glucoside and trans-zeatin riboside content, while in shoots, it decreased by 1.2 times owing to reduced trans-zeatin-O-glucoside and isopentenyladenine levels. Prolonged exposure to chilling was manifested by an increase in hormone levels in both 21-day-old species. Our data revealed common and distinct traits in cytokinin homeostasis between winter wheat cv. “Podolyanka” and spelt wheat cv. “Frankenkorn” during rapid adaptation and the recovery period, providing new insights into the response of these species to chilling.

Робота присвячена дослідженню впливу охолодження (+4 °C, 2 год) на гомеостаз цитокінінів у 14-добових стресованих та 21-добових відновлених рослин озимої пшениці (Triticum aestivum L.) сорту “Подолянка” та спельти (Triticum spelta L.) сорту “Франкенкорн”. Показано, що охолодження зумовлює комплексні зміни у вмісті і розподілі цитокінінів, які є видо- та органоспецифічними. Після охолодження загальний вміст цитокінінів (нг/г сирої речовини) у коренях пшениці зріс утричі за рахунок накопичення транс-зеатин-O- глюкозиду, транс-зеатину, ізопентеніладеніну та ізопентеніладенозину. Стрес не вплинув на накопичення транс-зеатинрибозиду у коренях, але спричинив збільшення його вмісту в чотири рази в надземній частині озимої пшениці “Подолянка”. Загальний вміст цитокінінів у коренях спельти “Франкенкорн” зменшився в 1,4 раза за рахунок зниження вмісту транс-зеатин-O-глюкозиду і транс-зеатинрибозиду, а в надземній частині — в 1,2 раза за рахунок зниження рівня транс-зеатин-O-глюкозиду та ізопентеніладеніну. Віддалений ефект охолодження виявився у підвищенні рівня цитокінінів у обох видах рослин. Визначені загальні і специфічні зміни цитокінінового гомеостазу озимої пшениці “Подолянка” та спельти “Франкенкорн” під час швидкої адаптації і в період відновлення додають нові знання про реакцію споріднених видів пшениці на охолодження на ранніх етапах вегетації.