Interactive effects of light quality and temperature on bud set and shoot elongation in Norway spruce (Picea ables) and Subalpine fir (Abies lasiocarpa).

Abstract

In recent studies, temperature was shown to modulate the response to short days (SD) in woody species. This is an important issue for plant production in zones with marked seasons. Furthermore, light quality affects bud set, but information on interactive effects of light quality and temperature is scarce. In the woody conifer Picea abies, FLOWERING LOCUS T-TERMINAL FLOWER1-LIKE2 (PaFTL2) was shown to be up regulated during SD compared to growth-sustaining long days (LD) and far-red (FR) treatment, whereas SUPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (PaSOC1) and the CONSTANS-LIKE genes (PaCOL1 and PaCOL2) were down regulated. However, there is little information about levels of these transcripts in Picea abies grown under different temperature-light quality combinations. In the present study, interactive effects of the red: far red ratio (R:FR) during a day extension and temperature (18ºC and 24ºC) on growth cessation and terminal bud formation in seedlings of Picea abies and Abies lasiocarpa were investigated. There was a interaction between the temperature and light quality treatments on shoot elongation and bud set in P. abies. R light and SD treated plants showed bud set, with the effect of R light being dependent on temperature. At 18ºC and 24ºC, all plants at SD stopped growing, whereas complete growth cessation in the R-treated plants was observed just at 18ºC. At both temperatures, the largest shoot elongation was achieved with intermediate values of R:FR. There was interaction between the light quality and temperature for FTL2, with higher transcript levels under R light and SD treatments as compared to FR. The transcript levels of PaSOC1, PaCOL1 and PaCOL2 where higher with the presence of FR light, compared to R light and SD. In Abies lasiocarpa there was an interaction between light quality and temperature for bud set and shoot elongation. R light treatment induced more bud set at 24ºC than 18ºC. SD induced complete bud set in both temperatures. The largest shoot elongation at both temperatures was obtained for intermediate R:FR values. The only treatment without any terminal bud set at the end of the experiment was FR light at 18ºC, i.e. in one out of two experiments. In conclusion, growth cessation and bud set in Picea abies and Abies lasiocarpa are affected by light quality and temperature, and these factors interact. FR-light can reduce bud set in both species with this being more marked at the lowest temperature. In contrast, R light or SD treatments induced bud set at both temperatures, although bud set under R light was affected by temperature. The largest shoot elongation was achieved in both species at a R:FR 0.5 at 18ºC. Finally, bud stage in Picea abies was correlated with the transcript levels of PaFTL2 (R2=0.89)

Nyere studier av noen arter av trær har vist at temperaturen modifiserer responsen på korte dager. Dette er av betydning for planteproduksjon på steder med markert årstidsvariasjon. Det er også vist at lyskvalitet kan påvirke knoppdannelse, men kunnskapen om samspillseffekter av lyskvalitet og temperaturer er begrenset. I bartreet Picea abies er det vist at FLOWERING LOCUS T-TERMINAL FLOWER 1-LIKE2 (PaFTL2)-genet oppreguleres under kortdagsindusert vekstavslutning sammenlignet med i planter i vekst under lange dager og dagforlengelse med mørkerødt lys. SUPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (PaSOC1) og CONSTANS-LIKE genene (PaCOL1 og PaCOL2) ble derimot nedregulert. Det er imidlertid lite tilgjengelig informasjon om hvordan nivåene av disse transkriptene i Picea abies påvirkes av forskjellige kombinasjoner av temperatur og lyskvalitet. I denne studien ble samspillseffekter av rødt: mørkerødt-forhold (R:FR) under dagforlengelse og temperatur (18 og 24°C) undersøkt for vekstavslutning og vinterknoppdannelse i unge planter av P. abies og Abies lasiocarpa. Det var en tydelig samspillseffekt mellom temperatur -og lyskvalitetsbehandlinger for strekningsvekst og vinterknoppdannelse i P. abies. Planter behandler med R lys og korte dager viste knoppsetting, men effekten av R lys var avhengig av temperaturen. Ved både 18 og 24 ºC sluttet alle planter å vokse under korte dager, men fullstendig vekstavslutning i R-behandlede planter ble kun observert med 18ºC. Ved begge temperaturer ble størst strekningsvekst observert ved intermediære R: FR-forhold. Det ble også observert samspillseffekt mellom lyskvalitet og temperatur for transkriptnivåer av FTL2 i gran, med høyere transkriptnivåer under behandling med R lys og korte dager sammenlignet med FR. Transkriptnivåene av PaSOC1, PaCOL1 og PaCOL2 økte ved tilstedeværelse av FR lys, mens R lys og korte dager reduserte disse. I A. lasiocarpa var det også samspillseffekt mellom lyskvalitet og temperatur når det gjaldt knoppdanning og strekningsvekst. R-lysbehandling induserte mer knoppdanning ved 24ºC enn ved 18ºC. Korte dager induserte fullstendig knoppsetting ved begge temperaturer. Ved begge temperaturer ble den største strekningsveksten oppnådd ved intermediære R: FR-forhold. Den eneste behandlingen uten endeknopp ved slutten av eksperimentet var FR lys ved 18°C i det først eksperimenter. Sammenfattet er det tydelige samspillseffekt mellom lyskvalitet og temperatur for vekstavslutning og vinterknoppdanning i P. abies og A. lasiocarpa. FR-lys kan redusere knoppsetting i begge arter med mest markert effekt ved 18ºC. R-lys og kortdags-behandling induserer imidlertid knoppdanning ved begge temperaturer selv om knoppsettingen under R-lys var påvirket av temperaturen. Den største skuddstrekningen ble oppnådd i begge arter ved R: FR-forholdet 0.5 ved 18ºC. Knoppsettingen i P. abies var korrelert med transkriptnivåene av PaFTL2 (R2 = 0.89)