Wpływ fotoperiodu na biologię ziemniaka

Emil Stefańczyk

e.stefanczyk@ihar.edu.pl
Pracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Młochów (Poland)

Jadwiga Śliwka


Pracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Młochów (Poland)

Abstrakt

Cykl życiowy wielu roślin powiązany jest z porami roku, których zmiana sygnalizowana jest przez zmieniającą się długość dnia. Roślinne fotoreceptory, reagujące na światło foto¬morfogenetycznie aktywne lub jego brak, umożliwiają roślinom odbiór sygnału o zmieniających się warunkach. Długość fotoperiodu jest istotnym czynnikiem regulującym procesy rozwojowe również w przypadku ziemniaka. W przeglądzie podsumowano wiedzę z dotychczasowych badań nad wpływem fotoperiodu na biologię rodzaju Solanum. Począwszy od udomowiania ziemniaka w odmiennych od miejsca pochodzenia szerokościach geograficznych, omówiono wpływ długości dnia na kwitnienie, tuberyzację oraz odporność na Phytophthora infestans, organizm powodujący najważniejszą pod względem ekonomicznym chorobę ziemniaka. Wybrane procesy życiowe stanowią najistotniejsze elementy biologii ziemniaka, ponieważ dotyczą jego zdolności do przetrwania i dalszego rozmnażania w zróżnicowanym środowisku.

Instytucje finansujące

Praca sfinansowana przez NCBiR grant LIDER/06/82/L-1/09/NCBiR/2010

Słowa kluczowe:

constans, flowering locus T, fotoperiod, kwitnienie, Phytophthora infestans, Solanum, tuberyzacja

Banerjee A. K., Chatterjee M., Yu Y., Suh S. G. , Miller W. A., Hannapel D. J. 2006. Dynamics of a mobile RNA of potato involved in a long-distance signaling pathway. Plant Cell. 18: 3443 — 3457.
Google Scholar

Böhlenius H., Huang T., Charbonnel-Campaa L., Brunner A. M., Jansson S., Strauss S. H., Nilsson O. 2006. CO/FT regulatory module controls timing of flowering and seasonal growth cessation in trees. Science. 312: 1040 — 1043.
Google Scholar

Cantón F. R., Quail P. H. 1999. Both phyA and phyB mediate light-imposed repression of PHYA gene expression in Arabidopsis. Plant Physiol. 121: 1207 — 1215.
Google Scholar

Carrera E., Bou J., García-Martínez J. L., Prat S. 2000. Changes in GA 20-oxidase gene expression strongly affect stem length, tuber induction and tuber yield of potato plants. Plant J. 22: 247 — 256.
Google Scholar

Chailakhyan M. Kh. 1936. New facts in support of the hormonal theory of plant development. C. R. Acad. Sci. URSS 13: 79 — 83.
Google Scholar

Chailakhyan M. Kh., Yanina L. I., Davedzhiyan A. G., Lotova G. N. 1981. Photoperiodism and tuber formation in grafting of tobacco onto potato. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 257: 1276 — 1280.
Google Scholar

Chapman H. W. 1958. Tuberization in the potato plant. Physiol. Plant. 11: 215 — 224.
Google Scholar

Chatterjee M., Banerjee A. K., Hannapel D. J. 2007. A BELL1-Like gene of potato is light activated and wound inducible. Plant Physiol. 145: 1435 — 1443.
Google Scholar

Chen H., Banerjee A. K., Hannapel D. J. 2004. The tandem complex of BEL and KNOX partners is required for transcriptional repression of ga20ox1. Plant J. 38: 276 — 284.
Google Scholar

Collins A., Milbourne D., Ramsay L., Meyer R., Chatot-Balandras C., Oberhagemann P., de Jong W., Gerbhardt C., Bonnel E., Waugh R. 1999. QTL for field resistance to late blight in potato are strongly correlated with maturity and vigour. Mol. Breed. 5: 387 — 398.
Google Scholar

Colon L. 1994. Resistance to Phytophthora infestans in Solanum tuberosum and wild Solanum species. PhD thesis. ISBN 90_5485_226_7.
Google Scholar

Demagante A. L., Vander Zaag P. 1988. The response of potato (Solanum ssp.) to photoperiod and light intensity under high temperatures. Potato Research 31: 73 — 83.
Google Scholar

Fan C.-Y., Yin J.-M., Wang B., Zhang Y.-F., Yang Q. 2010. Molecular cloning and expression analysis of a FT homologous gene from Solanum tuberosum. Agr. Sci. China 9: 1133 — 1139.
Google Scholar

Fernie A. R., Willmitzer L. 2001. Molecular and biochemical triggers of potato tuber development. Plant Physiol. 127: 1459 — 65.
Google Scholar

Forbes G. A, Chacón G., Kirk H. G., Huarte M., Damme M. V., Distel S., Capezio S., Mackay G., Stewart H., Lowe R., Duncan J., Mayton H., Fry W. E., Andrivon D., Ellisèche D., Pellé R., Platt H., MacKenzie G., Tarn R., Colon L. T., Budding D. J., Lozoya-Saldaña H., Hernandez-Vilchis A. 2005. Stability of resistance to Phytophthora infestans in potato: an international evaluation. Plant Pathol. 54: 364 — 372.
Google Scholar

Garner W. W., Allard H. A. 1920. Effect of the relative length of day and night and other factors of the environment on growth and reproduction in plants. J. Agric. Res. 18: 553 — 606.
Google Scholar

Garner W. W., Allard H. A. 1923. Further studies on photoperiodism, the response of plants to relative length of day and night. J. Agric. Res. 23: 871 — 920.
Google Scholar

Gregory L. E. 1956. Some factors for tuberization in the potato. Ann. Bot. 41: 281 — 88.
Google Scholar

González-Schain N. D., Díaz-Mendoza M., Żurczak M., Suárez-López P. 2012. Potato CONSTANS is involved in photoperiodic tuberization in a graft-transmissible manner. Plant J. 70: 678 — 690.
Google Scholar

Hawkes J. G. 1990. The potato: evolution, biodiversity and genetic resources. Belhaven Press.
Google Scholar

Heyer A., Gatz C. 1992 a. Isolation and characterization of a cDNA clone coding for potato type A phytochrome. Plant Mol. Biol. 18: 535 — 543.
Google Scholar

Heyer A., Gatz C. 1992 b. Isolation and characterization of a cDNA clone coding for potato type B phytochrome. Plant Mol. Biol. 20: 589 — 600.
Google Scholar

Huq E., Tepperman J. M., Quail P. H. 2000. GIGANTEA is a nuclear protein involved in phytochrome signaling in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. 97: 9789 — 9794.
Google Scholar

Jackson S. D., Heyer A, Dietze J., Prat S. 1996. Phytochrome B mediates the photoperiodic control of tuber formation in potato. Plant J. 9: 159 — 166.
Google Scholar

Jackson S. D., James P., Prat S., Thomas B. 1998. Phytochrome B affects the levels of a graft-transmissible signal involved in tuberization. Plant Physiol. 117: 29 — 32.
Google Scholar

Jackson S. D. 1999. Multiple signaling pathways control tuber induction in potato. Plant Physiol. 119: 1 — 8.
Google Scholar

Kobayashi Y., Kaya H., Goto K., Iwabuchi M., Araki T. 1999. A pair of related genes with antagonistic roles in mediating flowering signals. Science 286: 1960 — 1962.
Google Scholar

Kojima S., Takahashi Y., Kobayashi Y., Monna L., Sasaki T., Araki T., Yano M. 2002. Hd3a, a rice ortholog of the Arabidopsis FT gene, promotes transition to flowering downstream of Hd1 under short-day conditions. Plant Cell Physiol. 43: 1096 — 1105.
Google Scholar

Koornneef M., Hanhart C. J., van Der Veen J. H. 1991. A genetic and physiological analysis of late flowering mutants in Arabidopsis thaliana. Mol. Gen. Genet. 229: 57 — 66.
Google Scholar

Kopcewicz J. 2007. Fotoperiodyczna indukcja kwitnienia. W: J. Kopcewicz i S. Lewak (red.), Fizjologia roślin. Warszawa, PWN.
Google Scholar

Lebecka R., Sobkowiak S. 2012. Host-pathogen interaction between Phytophthora infestans and Solanum tuberosum following exposure to short and long daylight hours. Acta Physiol. Plant. 35: 1131 — 1139. Lifschitz E., Eviatar T., Rozman A., Shalit A., Goldshmidt A., Amsellem Z., Alvarez J. P., Eshed Y. 2006. The tomato FT ortholog triggers systemic signals that regulate growth and flowering and substitute for diverse environmental stimuli. Proc. Natl. Acad. Sci. 103: 6398 — 6403.
Google Scholar

Martin A., Adam H., Díaz-Mendoza M., Żurczak M., González-Schain N. D., Suárez-López P. 2009. Graft-transmissible induction of potato tuberization by the microRNA miR172. Development. 136: 2873 — 2881.
Google Scholar

Martínez-García J. F, Virgós-Soler A., Prat S. 2002. Control of photoperiod-regulated tuberization in potato by the Arabidopsis flowering-time gene CONSTANS. Proc. Natl. Acad. Sci. 99: 15211 — 15216.
Google Scholar

Mihovilovich E., Munive S., Bonierbale M. 2010. Influence of day-length and isolates of Phytophthora infestans on field resistance to late blight of potato. Theor. Appl. Genet. 120: 1265 — 1278.
Google Scholar

Navarro C., Abelenda J. A., Cruz-Oró E., Cuéllar C. A., Tamaki S., Silva J., Shimamoto K., Prat S. 2011. Control of flowering and storage organ formation in potato by FLOWERING LOCUS T. Nature 478: 119 — 122.
Google Scholar

Oberhagemann P., Chatot-Balandras C., Schäffer-Pregl R., Wegener D., Palomino C., Salamini F., Bonnel E., Gebhardt C. 1999. A genetic analysis of quantitative resistance to late blight in potato. Mol. Breed. 5: 399 — 415.
Google Scholar

Prat S., Frommer W. B., Höfgen R., Keil M., Kossman J., Köster-Töpfer M., Liu X.-J., Müller B. , Pẽna-Cortés H., Rocha-Sosa M., Sánchez-Serrano J. J., Sonnewald U., Willmitzer L. 1990. Gene expression during tuber development in potato plants. FEBS Lett. 268: 334 — 338.
Google Scholar

Putterill J., Robson F., Lee K., Simon R., Coupland G. 1995. The CONSTANS gene of Arabidopsis promotes flowering and encodes a protein showing similarities to zinc finger transcription factors. Cell 80: 847 — 857.
Google Scholar

Quail P. H., Boylan M. T., Parks B. M., Short T. W., Xu Y., Wagner D. 1995. Phytochromes: photosensory perception and signal transduction. Science 268: 675 — 680.
Google Scholar

Reed J. W. 1999. Phytochromes are Pr-ipatetic kinases. Curr. Opin. Plant Biol. 2: 393 — 397.
Google Scholar

Robson F., Costa M. M. R., Hepworth S. R., Vizir I. , Piñeiro M., Reeves P. H., Putterill J., Coupland G. 2001. Functional importance of conserved domains in the flowering-time gene CONSTANS demonstrated by analysis of mutant alleles and transgenic plants. Plant J. 28: 619 — 631.
Google Scholar

Rodríguez-Falcón M., Bou J., Prat S. 2006. Seasonal control of tuberization in potato: conserved elements with the flowering response. Annu. Rev. Plant Biol. 57: 151 — 180.
Google Scholar

Rutitzky M., Ghiglione H. O., Curá J. A, Casal J. J., Yanovsky M. J. 2009. Comparative genomic analysis of light-regulated transcripts in the Solanaceae. BMC Genomics 10: 60.
Google Scholar

Sarkar D. 2010. Photoperiodic inhibition of potato tuberization: an update. Plant Growth Regul. 62:117-25
Google Scholar

Sawa M., Nusinow D. A., Kay S. A., Imaizumi T. 2007. FKF1 and GIGANTEA complex formation is required for day-length measurement in Arabidopsis. Science 318: 261 — 265.
Google Scholar

Serrano G., Herrera-Palau R., Romero J. M., Serrano A., Coupland G., Valverde F. 2009. Chlamydomonas CONSTANS and the evolution of plant photoperiodic signaling. Curr. Biol. 19: 359 — 368.
Google Scholar

Shimizu M., Ichikawa K., Aoki S. 2004. Photoperiod-regulated expression of the PpCOL1 gene encoding a homolog of CO/COL proteins in the moss Physcomitrella patens. Biochem. Biophys. Res. Commun. 324: 1296 — 1301.
Google Scholar

Snyder E., Ewing E. E. 1989. Interactive effects of temperature, photoperiod and cultivar on tuberization of potato cuttings. Hortic. Sci. 24: 336 — 338.
Google Scholar

Somers D. E, Devlin P., Kay S. A. 1998. Phytochromes and cryptochromes in the entrainment of the Arabidopsis circadian clock. Science 282: 1488 — 1490.
Google Scholar

Spooner D. M., Mclean K., Ramsay G., Waugh R., Bryan G. J. 2005. A single domestication for potato based on multilocus amplified fragment length polymorphism genotyping. Proc. Natl. Acad. Sci. 102: 14694 — 14699.
Google Scholar

Struik P. C., Ewing E. E. 1995. Crop physiology of potato (Solanum tuberosum): responses to photoperiod and temperature relevant to crop modeling. In: A. J. Haverkort & DKL MacKerron (ed.), Ecology and modeling of potato crops under conditions limiting growth. Dordrecht, Holland: Kluwer Academic Publishers. 19 — 40.
Google Scholar

Tränkner C., Lehmann S., Hoenicka H., Hanke M.-V., Fladung M., Lenhardt D., Dunemann F., Gau A., Schlangen K., Malnoy M., Flachovsky H. 2010. Over-expression of an FT-homologous gene of apple induces early flowering in annual and perennial plants. Planta 232: 1309 — 1324.
Google Scholar

Trognitz B., Ghislain M., Crissman C., Hardy B. 1996. Breeding potatoes with durable resistance to late blight. In: CIP circular. 22: 6 — 9
Google Scholar

Trognitz B., Trognitz F., Rodewald J., Weilharter A. 2009. Polygenic response of potato to late blight following exposure to long-day or short-day by monitoring of gene expression with a cDNA microarray. 59. Tagung der Vereinigung der Pflanzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs 2008. ISBN:978-3-902559-28-9: 71 — 74.
Google Scholar

Turck F., Fornara F., Coupland G. 2008. Regulation and Identity of Florigen: FLOWERING LOCUS T Moves Center Stage. Annu. Rev. Plant Biol. 59: 573 — 594.
Google Scholar

Valverade F., Mouradov A., Soppe W., Ravenscroft D., Samach A., Coupland G. 2004. Photoreceptor regulation of CONSTANS protein in photoperiodic flowering. Science 303: 1003 — 1006.
Google Scholar

Visker M. H. P. W., van Raaij H. M. G., Keizer L. C. P., Struik P. C., Colon L. T. 2004. Correlation between late blight resistance and foliage maturity in potato. Euphytica 137: 311 — 323.
Google Scholar

Wheeler R. M., Steffen K. L., Tibbitts T. W., Palta J. P. 1986. Utilization of potatoes for life support systems II. The effects of temperature under 24-h and 12-h photoperiods. Am. Potato J. 63: 639 — 647.
Google Scholar

Wheeler R. M., Tibbitts T. W. 1986. Growth and tuberization of potato (Solanum tuberosum L.) under continuous light. Plant Physiol. 80: 801 — 804.
Google Scholar

Xu X., Vreugdenhil D., van Lammeren A. A. M. 1998 a. Cell division and cell enlargement during potato tuber formation. J. Exp. Bot. 49: 573 — 582.
Google Scholar

Xu X., van Lammeren A. A. M., Vermeer E., Vreugdenhil D. 1998 b. The role of gibberellin, abscisic acid, and sucrose in the regulation of potato tuber formation in vitro. Plant Physiol. 117: 575 — 584.
Google Scholar

Yan L., Fu D., Li C., Blechl A., Tranquilli G., Bonafede M., Sanchez A., Valarik M., Yasuda S., Dubcovsky J. 2006. The wheat and barley vernalization gene VRN3 is an orthologue of FT. Proc. Natl. Acad. Sci. 103: 19581 — 19586.
Google Scholar

Yano M., Katayose Y., Ashikari M., Yamanouchi U., Monna L., Fuse T., Baba T., Yamamoto K., Umehara Y., Nagamura Y., Sasaki T. 2000. Hd1, a major photoperiod sensitivity quantitative trait locus in rice, is closely related to the Arabidopsis flowering time gene CONSTANS. Plant Cell. 12: 2473 — 2483.
Google Scholar

Yanovsky M. J., Izaguirre M., Wagmaister J. A., Gatz C., Jackson S. D., Thomas B., Casal J. J. 2000. Phytochrome A resets the circadian clock and delays tuber formation under long days in potato. Plant J. 23: 223 — 232.
Google Scholar

Pobierz


Opublikowane
03/31/2013

Cited By / Share

Stefańczyk, E. i Śliwka, J. (2013) „Wpływ fotoperiodu na biologię ziemniaka”, Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, (267), s. 57–69. doi: 10.37317/biul-2013-0050.

Autorzy

Emil Stefańczyk 
e.stefanczyk@ihar.edu.pl
Pracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Młochów Poland

Autorzy

Jadwiga Śliwka 

Pracownia Badania Odporności na Grzyby i Bakterie, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Młochów Poland

Statystyki

Abstract views: 95
PDF downloads: 39


Licencja

Prawa autorskie (c) 2013 Emil Stefańczyk, Jadwiga Śliwka

Creative Commons License

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.

Z chwilą przekazania artykułu, Autorzy udzielają Wydawcy niewyłącznej i nieodpłatnej licencji na korzystanie z artykułu przez czas nieokreślony na terytorium całego świata na następujących polach eksploatacji:

  1. Wytwarzanie i zwielokrotnianie określoną techniką egzemplarzy artykułu, w tym techniką drukarską oraz techniką cyfrową.
  2. Wprowadzanie do obrotu, użyczenie lub najem oryginału albo egzemplarzy artykułu.
  3. Publiczne wykonanie, wystawienie, wyświetlenie, odtworzenie oraz nadawanie i reemitowanie, a także publiczne udostępnianie artykułu w taki sposób, aby każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i w czasie przez siebie wybranym.
  4. Włączenie artykułu w skład utworu zbiorowego.
  5. Wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej na platformy elektroniczne lub inne wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej do Internetu, lub innej sieci.
  6. Rozpowszechnianie artykułu w postaci elektronicznej w internecie lub innej sieci, w pracy zbiorowej jak również samodzielnie.
  7. Udostępnianie artykułu w wersji elektronicznej w taki sposób, by każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i czasie przez siebie wybranym, w szczególności za pośrednictwem Internetu.

Autorzy poprzez przesłanie wniosku o publikację:

  1. Wyrażają zgodę na publikację artykułu w czasopiśmie,
  2. Wyrażają zgodę na nadanie publikacji DOI (Digital Object Identifier),
  3. Zobowiązują się do przestrzegania kodeksu etycznego wydawnictwa zgodnego z wytycznymi Komitetu do spraw Etyki Publikacyjnej COPE (ang. Committee on Publication Ethics), (http://ihar.edu.pl/biblioteka_i_wydawnictwa.php),
  4. Wyrażają zgodę na udostępniane artykułu w formie elektronicznej na mocy licencji CC BY-SA 4.0, w otwartym dostępie (open access),
  5. Wyrażają zgodę na wysyłanie metadanych artykułu do komercyjnych i niekomercyjnych baz danych indeksujących czasopisma.