Temperature regulating floral bud differentiation in loquat (Eriobotrya japonica Lindl.). Hormonal and genetic aspects

In loquat, apex of a current shoot changes from vegetative to reproductive stage during summer, i.e. under high temperature conditions. Indeed, just before floral bud differentiation, a decline in the growth rate due to high temperature takes place. The aim of this work is to study the role of this ‘summer rest period’ on the apex transition from vegetative to reproductive stage. For this purpose 1) sprouting of secondary shoots was promoted at different times, removing the main shoot, before, during and after floral bud differentiation occurred and 2) groups of trees were shifted to a greenhouse under average maximum temperature not exceeding 25 ° C during different periods from June to October. Floral bud differentiation was evaluated. LEAFY (LFY), APETALA (AP1), TERMINAL FLOWERING 1 (TFL1) and FLOWERING LOCUS T (FT1) expression and hormonal content in abscisic acid (ABA), gibberellins (GAs), indoleacetic acid (IAA) and cytokinins (CKs) were analyzed in bud collected during the summer. Results suggest that the date of shoot apex removal determining floral bud differentiation of new shoots, so that the percentage of the new reproductive shoots reduced with the delaying of apex removal. On the other hand, maximum average temperature not exceeding 25 ° C prevented floral bud differentiation. Buds of the trees under indoors conditons displayed lower expression of identity floral genes EjLFY and EjAP1 than buds of trees grown in field. On the contrary, the floral repressor EjTFL1 and EjFT1 gene expressed higher in buds of the trees grown indoors. Time-course of ABA decreased in buds of trees grown in field during studied period while in buds of trees under greenhouse conditions displayed a growing trend. Time-course of GAs, IAA and CKs concentrations did not show remarkable differences between buds of trees growing under field and indoors conditions. Accordingly, 1) secondary shoots emerged from mid- August are unfitness to flower and 2) maximum average tempertature 25±1 °C during the summer prevents floral bud differentiation, enhances ABA biosynthesis, reduces EjLFY and EjAP1 expression and enhance EjTFL1 expression in the apex.

Il nespolo del Giappone differenzia le sue gemme durante l'estate, dopo un periodo di rallentamento della crescita vegetativa legato alle alte temperature, noto come “periodo di riposo estivo”. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare l'influenza di detto riposo estivo nella differenziazione fiorale di questa specie. A tal scopo si è disegnato un esperimento che ha previsto l’eliminazione degli apici in distinte date, tra luglio e settembre, prima, durante e dopo il periodo di differenziazione, per indurre la produzione di germogli secondari. Allo stesso tempo, si è realizzato un altro esperimento in cui gli alberi sono stati divisi in diversi gruppi e trasferiti in serra, ad una temperatura media-massima di 25 °C, durante periodi di diversa durata. Si è dunque proceduto a valutare la differenziazione fiorale ed inoltre ad analizzare l’espressione di alcuni geni legati alla fioritura: LEAFY (LFY), APETALA (AP1), TERMINAL FLOWERING 1 (TFL1) e FLOWERING LOCUS T (FT1) ed il contenuto ormonale di acido abscissico (ABA), acido gibberellico (GA), acido indolacetico (AIA) e citochinine (CK) degli apici campionati durante il periodo estivo. I risultati ottenuti indicano che la data di rimozione degli apici condiziona la differenziazione fiorale dei germogli anticipati in modo tale che, la data di rimozione è inversamente proporzionale alla percentuale di germogli fiorali. Inoltre, condizioni di temperatura media-massima non superiore a 25 °C impediscono totalmente la differenziazione fiorale. Negl’apici degl’alberi che sono stati mantenuti in queste condizioni il livello di espressione dei geni di identità florale, EjLFY ed EjAP1, è risultato essere molto inferiore rispetto a quello degl’alberi in condizioni di campo. Al contrario, l'espressione del repressore della fioritura EjTFL1 e del gene EjFT1 è risultata maggiore negl’apici degl’alberi in serra. D'altra parte, durante il periodo di studio, il contenuto di ABA endogeno è diminuito negl’alberi in campo mentre negli alberi in serra ha avuto una tendenza crescente. Tuttavia, non sono state rilevate differenze tra le concentrazioni di GAs, AIA e CKs negli apici degli alberi in campo e in serra. Di conseguenza, 1) gli apici germogliati dopo metà agosto non sono stati capaci di fiorire e 2) l'assenza di alte temperature estive promuove l'accumulo di ABA, aumenta l'espressione del gene repressore (EjTFL1) e riduce l'espressione dei geni d’identità fiorale (EjLFY e EjAP1) negl’apici di nespolo, impedendone la differenziazione fiorale.