Citrus Research & Technology
https://citrusrt.ccsm.br/article/doi/10.4322/crt.ICC078
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Article

Identification of cis-regulatory elements related to water-deficit and low-temperature stress within the promoter of Citrus sinensis APETALA1  

Identificação de elementos cis-reguladores relacionados ao déficit hídrico e ao estresse de baixa temperatura dentro do promotor de Citrus sinensis APETALA1 

Benjamin J. Becerra, Javier Narváez-Vásquez, Lynn J. Pillitteri, Martha Orozco-Cárdenas, Lisa Tang & Carol J. Lovatt

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Abstract

Citrus flowering is promoted by water-deficit and low-temperature stress and inhibited by gibberellins, providing a unique system to investigate regulation of floral development. In silico analysis, using plant cis-acting regulatory element databases, PLACE and PlantCARE, was conducted to compare transcriptional regulation of LEAFY (LFY), APETALA1 (AP1), and TERMINAL FLOWER (TFL) by water deficit, low temperature, abscisic acid and gibberellins in C. sinensis, Arabidopsis thaliana and Populus trichocarpa. A striking enrichment of response elements upregulated by water deficit was found in the C. sinensis AP1 (CsAP1) promoter, but neither the A. thaliana AP1 (AtAP1), nor P. trichocarpa
AP1-1 (PtAP1-1) promoter. Notably, a tandem array of three response elements, each containing a LFY binding site, coupling element 3 site (CE3), and dehydration-responsive element (DRE), was found within a 100-bp region of the CsAP1 promoter. The CE3 and DRE sites are associated, respectively, with abscisic acid (ABA)-dependent and ABA-independent signaling pathways induced by waterdeficit. The CE3 sequence is present in the AtAP1, but not PtAP1-1, promoter. The DRE site is lacking in both AtAP1 and PtAP1-1. Three LFY binding sites are located in the CsAP1 and AtAP1 promoters, with only one in PtAP1-1. Multiple C-repeat binding factor (CBF) response elements associated with low-temperature responses through an ABA-independent signaling pathway are present in the CsAP1 and AtAP1 promoters, but not PtAP1-1. The unique 100-bp regulon of the CsAP1 promoter suggests that flower formation in C. sinensis in response to water-deficit and low-temperature stress is mediated at AP1 through ABA-dependent and ABA-independent pathways.
 

Keywords

abscisic acid, flowering, gibberellins, LEAFY, TERMINAL FLOWER.

Resumo

A floração de citros é estimulada pelo déficit hídrico e pelo estresse de baixa temperatura e inibida por giberelinas, proporcionando um sistema único para investigar a regulação do desenvolvimento floral. Uma análise in silico, utilizando bases de dados de elementos regulatórios em cis de plantas, PLACE e PlantCARE, foi conduzida para comparar a regulação transcricional de LEAFY (LFY), APETALA1 (AP1) e TERMINAL FLOWER (TFL) por déficit hídrico, baixa temperatura, ácido abscísico e giberelinas em Citrus sinensis, Arabidopsis thaliana e Populus trichocarpa. Um enriquecimento impressionante na resposta dos elementos regulados por déficit hídrico foi encontrado no promotor AP1 (CsAP1) de C. sinensis, mas não nos promotores AP1 (AtAP1) de A. thaliana e AP1-1 (PtAP1-1) de P. trichocarpa. Particularmente, um arranjo de três elementos em sequência foi encontrado dentro de uma região de 100 pb do promotor CsAP1, cada um contendo o local de ligação ao LFY, o sítio de acoplamento do elemento 3 (CE3) e o elemento responsivo à desidratação (DRE). Os sítios CE3 e DRE estão associados, respectivamente, com vias de sinalização dependentes de ácido abscísico (ABA) e independentes de ABA induzidos por déficit hídrico. A sequência CE3 está presente no promotor AtAP1, mas não em PtAP1-1. O sítio DRE está faltando em ambos AtAP1 e PtAP1-1. Três sítios de ligação LFY estão localizados nos promotores CsAP1 e AtAP1, com apenas um em PtAP1-1. Vários elementos de resposta ao fator de ligação de repetição C (CBF) associados a respostas de baixa temperatura, através de uma via de sinalização independente de ABA, estão presentes nos promotores CsAP1 e AtAP1, mas não em PtAP1-1. A região regulatória de 100 pb exclusiva do promotor CsAP1 sugere que a formação de flor em C. sinensis em resposta ao estresse hídrico e a baixa temperatura é mediada por AP1 através de vias dependentes e independentes de ABA.

Palavras-chave

ácido abscísico, floração, giberelinas, gene LEAFY, gene TERMINAL FLOWER
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