Physiological and molecular aspects of the rehydration-dehydration cycle in Medicago truncatula seeds

Defective seed germination and seedling growth often lead to massive crop loss, therefore, improving the quality of seeds is crucial to meet the needs of high-standard agricultural markets. Priming represents a valid approach to ensure high yields in orthodox seeds, since it prepares seeds for germination. Priming treatments consist in activating the seed metabolism prior to sowing, mimicking the first events of germination. Eventually, seeds are dehydrated for storage or commercialization. Germination is a complex process that includes exposing seed cells to oxidative stress caused by ROS (reactive oxygen species) that lead to genotoxic damage and affect the “pre-germinative metabolism”. The capacity to withstand these harmful effects after desiccation is termed “desiccation tolerance” and it depends on several molecular processes. For instance, DDR (DNA damage response) mechanisms are a crucial component of desiccation tolerance. Nevertheless, such molecular events are not fully characterised in the majority of plants and a deeper knowledge of the molecular processes that control the seed response to priming is currently needed in order to better adjust pre-sowing treatments. The main objective of this study is to decipher the existing correlation of ROS production and expression of two SOG1 homologs in Medicago truncatula seeds during the imbibition-desiccation cycle. These results could be used as new layers of understanding of the germination physiology in Leguminosae crop plants.

Aspetti fisiologici e molecolari del ciclo di reidratazione-disidratazione in semi di Medicago truncatula. La ridotta efficienza del processo di germinazione del seme e alterazioni del corretto sviluppo della plantula sono spesso causa di importanti perdite nei raccolti. Il miglioramento della qualità dei semi è quindi necessario per soddisfare la richiesta degli standard di mercato. Il priming (“vigorizzazione del seme”) è un valido approccio per assicurare alte rese nei semi definiti “orthodox”, predisponendoli alla germinazione. I trattamenti di priming consistono nell’attivare il metabolismo del seme prima della semina, innescando i primi eventi della germinazione. I semi trattati sono infine disidratati per lo stoccaggio o la vendita. La germinazione è un processo complesso che include l’esposizione delle cellule del seme a stress ossidativo causato dai ROS (“reactive oxygen species”, specie reattive dell’ossigeno) che inducono danni genotossici e alterano il metabolismo pre-germinativo. La capacità dei semi di sostenere questi danni dopo la disidratazione è nota come “desiccation tolerance” (tolleranza alla disidratazione) ed essa dipende da numerosi processi molecolari. Per esempio, il sistema di riparo del DNA è un componente della desiccation tolerance. Tuttavia, tale evento molecolare non è ancora stato studiato nella maggior parte delle piante e una più approfondita conoscenza è richiesta per adattare i trattamenti pre-semina. L’obiettivo principale di questo studio è decifrare le correlazioni tra produzione di ROS e l’espressione di due geni omologhi di SOG1 nella specie modello Medicago truncatula durante il ciclo imbibizione-disidratazione. I risultati ottenuti rappresentato una maggiore comprensione della fisiologia della germinazione nelle piante leguminose.