Effects of gibberellin and its inhibitors on growth and gene expression in Poa pratensis

doi:10.11686/cyxb2020550

Abstract

Abstract:

The effects of different concentrations of gibberellin （GA₃） and gibberellin inhibitors on the growth and development， and the expression of gibberellin-related genes of Poa pratensis were studied. P. pratensis plants cultivated with 1/2 Hoagland nutrient solution were randomly divided into 7 groups. Three plant growth regulators： GA₃， uniconazole or paclobutrazol were applied to determine the effects on plant growth， chloroplast distribution， chlorophyll content， and gibberellin-related gene expression measured. Compared with the control， exogenous uniconazole and paclobutrazol significantly inhibited leaf elongation and fresh and dry weight accumulation of P. pratensis， but increased root∶shoot ratio， chlorophyll a， chlorophyll b and carotenoid contents （P<0.05）. The number of mesophyll cell layers was also increased and Chloroplasts were evenly distributed in mesophyll cells between the upper and lower epidermis. The expression of key enzyme genes PpKAO， PpKS1， PpGA₃ox and PpGA₂ox in the gibberellin biosynthesis and metabolism pathways were significantly down-regulated， and the protein receptor gene PpGID1 in the gibberellin signal transduction pathway was significantly up-regulated （P<0.05）. Exogenous gibberellin promoted the elongation of P. pratensis roots and leaves， and increased the fresh and dry weights of roots and leaves， decreased the root∶shoot ratio and significantly upregulated the PpGA₂ox expression of gibberellin-related genes （P<0.05）. In summary， the effects of uniconazole and paclobutrazol on the growth and gene expression of P. pratensis were opposite to those of gibberellin， but there was no significant concentration effect. The growth inhibition from spraying uniconazole or paclobutrazol diluted 1000 times after lawn mowing would have significantly reduced the labor cost of lawn maintenance ， enhanced lawn visual appearance and ornamental value and promoted ease of management and turf persistence in landscaping applications.

Key words: Poa pratensis, growth regulator, gibberellin, growth, gene expression

Li-qing ZHAO, Zhi-gang HAO, Xiao-yan CUI, Xiang-yong PENG. Effects of gibberellin and its inhibitors on growth and gene expression in Poa pratensis[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(3): 85-91.

Figures/Tables 6

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基因名称Gene names	正向序列（5′-3′） Forward primer sequence	反向序列（5′-3′） Reverse primer sequence
β-tublin	ATCTTCCGCCCCGACAACTT	TGTGCCCATTCCAGACCCAG
PpGA₂ox	TCATCTCCGTGCTCCCTCCAA	TGCTCACCACTACCCTGTFCTTCA
PpGA₂₀ox	TGTCGCTGACGATCATGGA	AGTTGCACCGCATGATTGAG
PpGA₃ox	ATGTGGTCCGAGGGCTACAC	CATCTCCTTGTGAAACTCCTCCAT
PpKS1	AAGCTCGATCAGCTGCCATTT	CAATGCGGGCTTCAGACAAT
PpKAO	CCGGAGCGTCCCCTCGTCATCA	TCCAAGTTGTCCATTGGATTGAGC
PpGID1	GAGGTTGTTCCAGTCATA	AAGGTGTCGTAAATAGCA

基因名称Gene names	正向序列（5′-3′） Forward primer sequence	反向序列（5′-3′） Reverse primer sequence
β-tublin	ATCTTCCGCCCCGACAACTT	TGTGCCCATTCCAGACCCAG
PpGA₂ox	TCATCTCCGTGCTCCCTCCAA	TGCTCACCACTACCCTGTFCTTCA
PpGA₂₀ox	TGTCGCTGACGATCATGGA	AGTTGCACCGCATGATTGAG
PpGA₃ox	ATGTGGTCCGAGGGCTACAC	CATCTCCTTGTGAAACTCCTCCAT
PpKS1	AAGCTCGATCAGCTGCCATTT	CAATGCGGGCTTCAGACAAT
PpKAO	CCGGAGCGTCCCCTCGTCATCA	TCCAAGTTGTCCATTGGATTGAGC
PpGID1	GAGGTTGTTCCAGTCATA	AAGGTGTCGTAAATAGCA

处理 Treatment	叶长 Leaf length （mm）	叶宽 Leaf width （mm）	根长 Root length （mm）
CK	233.2±30.7B	3.6±0.3a	222.3±19.7b
G₅₀	234.0±33.6B	3.3±0.2a	233.0±17.3ab
G₁₀₀	315.6±34.3A	3.4±0.3a	268.0±19.1a
X₅₀₀	74.2±9.5C	2.6±0.3b	171.3±18.6c
X₁₀₀₀	89.0±19.0C	2.6±0.3b	164.0±21.2c
D₅₀₀	87.2±13.0C	2.5±0.3b	138.0±31.7c
D₁₀₀₀	85.2±15.1C	2.5±0.2b	139.0±22.6c

处理 Treatment	叶长 Leaf length （mm）	叶宽 Leaf width （mm）	根长 Root length （mm）
CK	233.2±30.7B	3.6±0.3a	222.3±19.7b
G₅₀	234.0±33.6B	3.3±0.2a	233.0±17.3ab
G₁₀₀	315.6±34.3A	3.4±0.3a	268.0±19.1a
X₅₀₀	74.2±9.5C	2.6±0.3b	171.3±18.6c
X₁₀₀₀	89.0±19.0C	2.6±0.3b	164.0±21.2c
D₅₀₀	87.2±13.0C	2.5±0.3b	138.0±31.7c
D₁₀₀₀	85.2±15.1C	2.5±0.2b	139.0±22.6c

处理 Treatment	叶鲜重 Leaf fresh weight （mg·plant^-1）	叶干重 Leaf dry weight （mg·plant^-1）	叶干物质含量 Dry matter content （%）	根鲜重 Root fresh weight （mg·plant^-1）	根干重 Root dry weight （mg·plant^-1）	根干物质含量 Dry matter content （%）	根冠比 Root shoot ratio
CK	196.2±17.1c	46.6±3.5c	23.8±1.4a	17.1±0.9c	7.2±0.4c	42.1±2.3c	0.15±0.01b
G₅₀	251.4±18.2b	57.2±4.1b	22.8±1.6a	20.8±1.4b	8.1±0.4b	38.9±2.5c	0.14±0.01b
G₁₀₀	309.1±21.1a	75.2±6.2a	24.3±2.6a	21.1±1.3a	8.6±0.6a	40.8±3.9c	0.11±0.00c
X₅₀₀	137.7±12.3d	27.4±2.8d	19.9±1.9a	12.3±1.1d	6.1±0.5d	49.9±2.4ab	0.22±0.01a
X₁₀₀₀	114.1±11.3d	22.7±2.7d	19.9±2.1a	11.3±1.5d	5.8±0.6d	50.9±1.9a	0.25±0.02a
D₅₀₀	133.0±12.7d	26.9±2.8d	20.2±2.0a	12.7±1.2d	6.2±0.4d	48.7±2.2ab	0.23±0.01a
D₁₀₀₀	116.1±12.9d	24.6±2.5d	21.2±1.5a	12.7±1.1d	5.9±0.5d	46.5±1.6b	0.24±0.01a