Strigolactone regulation of maize root development seems to involve interactions with auxin and ethylene

Strigolactones (SLs) are plant hormones derived from β-carotene that perform important endogenous and exogenous functions, including the regulation of plant growth, symbiotic interactions with arbuscular mycorrhizal fungi and the germination of seeds of parasitic plants of the Orobanchaceae family in recent years, interest in these molecules has increased, as they have been shown to play a fundamental role in plant responses to abiotic stresses and in the regulation of root system development and plasticity, a process that is still only partially understood and represents the focus of the present study. To investigate this role, plants belonging to two different maize (Zea mays L.) genotypes were grown: the B73 inbred line, used as the wild type (WT), and the Zmccd8knockout mutant, characterized by the inability to synthesize strigolactones. For each genotype, 30 seedlings were grown and subsequently compared at the phenotypic, physiological and transcriptional levels. Four sampling times were carried out, during which the different root types and the shoot were weighed separately while stem length and diameter, and the distance between internodes were measured. In addition, chlorophyll, anthocyanin, flavonoid and Nitrogen Balance Index (NBI) were quantified, and the expression of genes involved in polar auxin transport and nitrate transport was analyzed by RT- qPCR. The results revealed significant phenotypic, physiological and transcriptional differences between the two genotypes, supporting the hypothesis that strigolactones play a key role in the regulation of root system development and plasticity in maize.

Gli strigolattoni (SLs) sono fitormoni vegetali, derivati dal β-carotene, che svolgono importanti funzioni endogene ed esogene, tra cui la regolazione della crescita della pianta, delle interazioni simbiotiche con i funghi micorrizici arbuscolari e della germinazione dei semi di piante parassite appartenenti alla famiglia delle Orobanchaceae. Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse nei confronti di queste molecole, poiché è stato dimostrato che svolgono un ruolo fondamentale nella risposta delle piante agli stress abiotici e nella regolazione dello sviluppo e della plasticità dell’apparato radicale, processo ancora solo parzialmente compreso e oggetto del presente lavoro. Per indagare tale ruolo, sono state allevate piante appartenenti a due diversi genotipi di mais (Zea mays L.): la linea pura B73, definita wild type (WT), e la linea mutante knockout zmccd8, caratterizzata dall’incapacità di sintetizzare strigolattoni. Per ciascun genotipo sono state coltivate 30 piantine in camera di crescita e successivamente sono state confrontate a livello fenotipico, fisiologico e trascrizionale. Sono stati effettuati quattro campionamenti nel corso dei quali sono state pesate separatamente le diverse tipologie di radici e la parte aerea e misurate la lunghezza e il diametro del fusto e la distanza tra gli internodi. Sono stati inoltre quantificati i contenuti di clorofilla, antociani, flavonoidi e il Nitrogen Balance Index (NBI) e l’espressione di geni coinvolti nel trasporto polare dell’auxina e del nitrato mediante RT-qPCR. I risultati ottenuti hanno evidenziato significative differenze fenotipiche, fisiologiche e trascrizionali tra i due genotipi, supportando l’ipotesi del ruolo chiave degli strigolattoni nella regolazione dello sviluppo e della plasticità dell’apparato radicale nel mais.