Drought tolerance memory transmission by citrus buds

Abstract

Abstract. Plants face recurrent drought events, and previous stresses can influence their responses to subsequent stress episodes. Studies on drought stress memory are recent in citriculture, although they show promise as a tool for crop improvement. Here, we investigated whether stress memory mechanisms can be detected in citrus plants grafted with buds from plants subjected to recurrent water deficit. Three rootstock varieties, namely ‘Rangpur Santa Cruz’ lime, ‘Sunki Maravilha’ mandarin and ‘Sunki Tropical’ mandarin, in combination with ‘Valencia’ orange, were either maintained under full irrigation or subjected to one, two, or three water deficit cycles. Buds from ‘Valencia’ orange were grafted onto ‘Swingle’ citrumelo rootstocks and were evaluated. This combination displayed improved physiological and biochemical performance under water limitation, especially ‘Valencia’ buds grafted onto ‘Sunki Maravilha’, with better photosynthetic performance under water deficit. These findings indicate that genotype-dependent epigenetic memory is a key factor in restoring citrus plants’ capacity to rely on previous stress experiences to restore better photosynthetic and physiological responses when undergoing new water deficit events. Therefore, epigenetic marks can be stored and transmitted to new citrus plants and are a promising alternative to enable increased water deficit tolerance when plants are then challenged by drought-prone environments.

Resumen. Las plantas se enfrentan a eventos recurrentes de sequía, y el estrés previo puede influir en sus respuestas a episodios de estrés posteriores. Los estudios sobre la memoria del estrés por sequía son recientes en citricultura, aunque resultan prometedores como herramienta para la mejora de los cultivos. Aquí, investigamos si se pueden detectar mecanismos de memoria de estrés en plantas de cítricos injertadas con yemas de plantas sometidas a déficit hídrico recurrente. Tres variedades de portainjertos, a saber, lima “Rangpur Santa Cruz”, mandarina “Sunki Maravilha” y mandarina “Sunki Tropical”, en combinación con naranja “Valencia”, se mantuvieron bajo riego completo o se sometieron a uno, dos o tres ciclos de déficit hídrico. Los brotes de naranjo “Valencia” se injertaron en portainjertos de citrumelo “Swingle” y se evaluaron. Esta combinación mostró un mejor rendimiento fisiológico y bioquímico bajo limitación hídrica, especialmente las yemas de “Valencia” injertadas sobre “Sunki Maravilha”, con un mejor rendimiento fotosintético bajo déficit hídrico. Estos resultados indican que la memoria epigenética dependiente del genotipo es un factor clave para restaurar la capacidad de las plantas de cítricos de basarse en experiencias previas de estrés para restaurar mejores respuestas fotosintéticas y fisiológicas cuando se someten a nuevos eventos de déficit hídrico. Por lo tanto, las marcas epigenéticas pueden almacenarse y transmitirse a nuevas plantas de cítricos y son una alternativa prometedora para permitir una mayor tolerancia al déficit hídrico cuando las plantas se enfrentan a entornos propensos a la sequía.