Ethylene responsive element binding factors contributes to waterlogging tolerance by regulating photosynthetic and physiological parameters in petunia / Os fatores de ligação do elemento responsivo ao etileno contribuem para a tolerância ao encharcamento, regulando os parâmetros fotossintéticos e fisiológicos na petúnia

ABSTRACT: Ethylene-responsive element binding factors (ERFs) are widely involved in the regulation of plant responses to different abiotic stresses. In petunia (Petunia × hybrida), PhERF2 belonging to the subfamily Ⅶ of ERF transcription factors participates in the response to waterlogging stress. In this study, we investigated waterlogging tolerance variation of WT and transgenic petunia plants with RNAi silencing and overexpression of PhERF2 through photosynthetic and physiological performance. Chlorophyll content and root vigor declined continuously in both WT and PhERF2 transgenic lines under waterlogging stress, but the extent of the fall in PhERF2-overexpressing lines was less than that in WT and PhERF2-RNAi lines. At the end of waterlogging treatment, soluble protein levels in PhERF2-overexpressing lines were significantly higher than those in WT and PhERF2-RNAi lines, while the latter showed a higher malondialdehyde content overall. Different degrees of reductions in Pn, Gs, and Tr levels occurred in both WT and PhERF2 transgenic lines upon exposure to waterlogging. The Ci levels of PhERF2-overexpressing lines decreased after 3 hours of waterlogging treatment, and the Ci levels of WT and PhERF2-RNAi lines gradually increased from 6 to 72 hours of waterlogging treatment. These data suggested that non-stomatal factors were the primary limiting factors for Pn in WT and PhERF2-RNAi lines under severe stress, while the stomatal opening was the main factor limiting Pn in PhERF2-overexpressing lines. Our results demonstrated that the contribution of PhERF2 to the waterlogging tolerance of petunia appears to depend on the regulation of physiological and photosynthetic responses. PhERF2 represents a hopeful candidate gene for enhancing waterlogging tolerance of ornamental plants.

RESUMO: Fatores de transcrição de resposta ao etileno (ERF) estão amplamente envolvidos na regulação das respostas das plantas a diferentes estresses abióticos. Em petúnia (Petunia × hybrida), PhERF2 pertencente à subfamília Ⅶ de fatores de transcrição ERF participa da resposta ao estresse de alagamento. Este estudo teve como objetivo investigar a variação da tolerância ao alagamento de plantas WT e petúnia transgênica com silenciamento de RNAi e superexpressão de PhERF2 através do desempenho fotossintético e fisiológico. O conteúdo de clorofila e o vigor da raiz diminuíram continuamente em ambas as linhagens transgênicas WT e PhERF2 sob estresse de alagamento, mas a extensão da queda nas linhas de superexpressão de PhERF2 foi menor do que nas linhas WT e PhERF2-RNAi. No final do tratamento de alagamento, os níveis de proteína solúvel nas linhas com superexpressão de PhERF2 foram significativamente maiores do que nas linhas WT e PhERF2-RNAi, enquanto a última mostrou um teor geral de malondialdeído maior. Diferentes graus de reduções nos níveis de Pn, Gs e Tr ocorreram em ambas as linhas transgênicas WT e PhERF2 após a exposição ao alagamento. Os níveis de Ci das linhas de superexpressão de PhERF2 diminuíram após três horas de tratamento de alagamento, e os níveis de Ci das linhas de WT e PhERF2-RNAi aumentaram gradualmente de seis para 72 horas de tratamento de alagamento. Esses dados sugeriram que os fatores não estomáticos foram os principais fatores limitantes para Pn em linhas WT e PhERF2-RNAi sob estresse severo, enquanto a abertura estomática foi o principal fator limitante de Pn em linhas com superexpressão de PhERF2. Nossos resultados demonstraram que a contribuição do PhERF2 para a tolerância ao alagamento da petúnia parece depender da regulação das respostas fisiológicas e fotossintéticas. PhERF2 representa um gene candidato esperançoso no aumento da tolerância ao alagamento de plantas ornamentais.

Ethylene responsive element binding factors contributes to waterlogging tolerance by regulating photosynthetic and physiological parameters in petunia / Os fatores de ligação do elemento responsivo ao etileno contribuem para a tolerância ao encharcamento, regulando os parâmetros fotossintéticos e fisiológicos na petúnia

Ethylene-responsive element binding factors (ERFs) are widely involved in the regulation of plant responses to different abiotic stresses. In petunia (Petunia × hybrida), PhERF2 belonging to the subfamily Ⅶ of ERF transcription factors participates in the response to waterlogging stress. In this study, we investigated waterlogging tolerance variation of WT and transgenic petunia plants with RNAi silencing and overexpression of PhERF2 through photosynthetic and physiological performance. Chlorophyll content and root vigor declined continuously in both WT and PhERF2 transgenic lines under waterlogging stress, but the extent of the fall in PhERF2-overexpressing lines was less than that in WT and PhERF2-RNAi lines. At the end of waterlogging treatment, soluble protein levels in PhERF2-overexpressing lines were significantly higher than those in WT and PhERF2-RNAi lines, while the latter showed a higher malondialdehyde content overall. Different degrees of reductions in Pn, Gs, and Tr levels occurred in both WT and PhERF2 transgenic lines upon exposure to waterlogging. The Ci levels of PhERF2-overexpressing lines decreased after 3 hours of waterlogging treatment, and the Ci levels of WT and PhERF2-RNAi lines gradually increased from 6 to 72 hours of waterlogging treatment. These data suggested that non-stomatal factors were the primary limiting factors for Pn in WT and PhERF2-RNAi lines under severe stress, while the stomatal opening was the main factor limiting Pn in PhERF2-overexpressing lines. Our results demonstrated that the contribution of PhERF2 to the waterlogging tolerance of petunia appears to depend on the regulation of physiological and photosynthetic responses. PhERF2 represents a hopeful candidate gene for enhancing waterlogging tolerance of ornamental plants.

Fatores de transcrição de resposta ao etileno (ERF) estão amplamente envolvidos na regulação das respostas das plantas a diferentes estresses abióticos. Em petúnia (Petunia × hybrida), PhERF2 pertencente à subfamília Ⅶ de fatores de transcrição ERF participa da resposta ao estresse de alagamento. Este estudo teve como objetivo investigar a variação da tolerância ao alagamento de plantas WT e petúnia transgênica com silenciamento de RNAi e superexpressão de PhERF2 através do desempenho fotossintético e fisiológico. O conteúdo de clorofila e o vigor da raiz diminuíram continuamente em ambas as linhagens transgênicas WT e PhERF2 sob estresse de alagamento, mas a extensão da queda nas linhas de superexpressão de PhERF2 foi menor do que nas linhas WT e PhERF2-RNAi. No final do tratamento de alagamento, os níveis de proteína solúvel nas linhas com superexpressão de PhERF2 foram significativamente maiores do que nas linhas WT e PhERF2-RNAi, enquanto a última mostrou um teor geral de malondialdeído maior. Diferentes graus de reduções nos níveis de Pn, Gs e Tr ocorreram em ambas as linhas transgênicas WT e PhERF2 após a exposição ao alagamento. Os níveis de Ci das linhas de superexpressão de PhERF2 diminuíram após três horas de tratamento de alagamento, e os níveis de Ci das linhas de WT e PhERF2-RNAi aumentaram gradualmente de seis para 72 horas de tratamento de alagamento. Esses dados sugeriram que os fatores não estomáticos foram os principais fatores limitantes para Pn em linhas WT e PhERF2-RNAi sob estresse severo, enquanto a abertura estomática foi o principal fator limitante de Pn em linhas com superexpressão de PhERF2. Nossos resultados demonstraram que a contribuição do PhERF2 para a tolerância ao alagamento da petúnia parece depender da regulação das respostas fisiológicas e fotossintéticas. PhERF2 representa um gene candidato esperançoso no aumento da tolerância ao alagamento de plantas ornamentais.