Is there an association between the raffinose family oligosaccharides and the acquisition of longevity in soybean seeds?

Abstract

A longevidade de sementes é o atributo responsável pela retenção do vigor e germinação ao longo do tempo de armazenamento. Esta propriedade é adquirida progressivamente durante a maturação e maturação tardia de sementes de soja concomitantemente ao acúmulo progressivo dos oligossacarídeos da família da rafinose (OFRs), o que sugere um envolvimento destes com a longevidade, permanecendo experimentalmente inexplorado. Esforços da indústria e pesquisa vêm sendo feitos com o intuito de reduzir estes açúcares pois são fatores antinutricionais para humanos e animais monogástricos. Porém, esta redução pode apresentar riscos no que tange ao armazenamento e propagação nestes genótipos. Portanto, nosso principal objetivo é determinar se os OFRs são envolvidos na longevidade das sementes de soja, dividindo nossa investigação em dois objetivos específicos (i) investigar se os OFRs participam na regulação da aquisição da longevidade durante a maturação de sementes (ii) ou se estão envolvidos como compostos protetores ao longo do tempo de armazenamento. Foi utilizada uma linha OFR quase isogênica ultrabaixa (Jack rs2 rs3) e comparada com o tipo selvagem, Jack RS2 RS3, que exibe níveis normais de RFO. As sementes foram obtidas de plantas cultivadas no campo durante quatro anos consecutivos. Foram armazenados em diferentes temperaturas (10-45°C) e umidades relativas variando de 60 a 75%. Em todas as condições, a longevidade foi reduzida em 20-30% na linha mutante em comparação com WT, independentemente do estágio de maturação e ano de produção. A alta temperatura durante o desenvolvimento das sementes teve um efeito benéfico na longevidade no tipo selvagem, mas não nos mutantes. As sementes de rs2 rs3 em desenvolvimento eram maiores que as do tipo selvagem antes da indução da longevidade e exibiam defeitos na superfície e nas propriedades do tegumento, aumento na absorção de água durante a embebição e vazamento de eletrólitos, ambos fatores prejudiciais ao vigor da semente. Discutimos se o papel dos RFOs na longevidade das sementes é exercido durante a maturação antes dessecação natural e não como composto protetor.

Seed longevity is the attribute responsible for maintaining vigor and germination over storage time. This property is gradually acquired during seed maturation, concomitant with the progressive accumulation of Raffinose Family Oligosaccharides (RFOs), suggesting their involvement in longevity, which remains experimentally unexplored. Efforts in industry and research aim to reduce these sugars due to their anti-nutritional effects in humans and monogastric animals. However, this reduction may pose risks concerning storage and propagation in these genotypes. Therefore, our main objective is to determine if RFOs are involved in soybean seed longevity, dividing our investigation into two specific aims (i) to investigate if there is a role for regulation of longevity acquisition exerted during seed maturation and (ii) whether they are involved as protective compounds during storage. Was utilized a near-isogenic ultra-low RFO line (Jack rs2 rs3) and compared it with its wild-type counterpart, Jack RS2 RS3, which exhibits normal RFO levels. The seeds were obtained from plants grown in the field for four consecutive years. They were stored at different temperatures (10-45°C) and relative humidities ranging from 60 to 75%. In all conditions, longevity was delayed by 20-30% in the mutant line compared to WT, regardless of the stage of maturation and year of production. High temperature during seed development had a beneficial effect on longevity in wild type but not in mutants. Developing rs2 rs3 seeds were larger than wild type before the induction of longevity and they exhibited defects in the seed coat surface and properties, increased water uptake during imbibition and leakage, both factors being detrimental to seed vigor. We discuss whether the role RFOs in seed longevity is exerted during maturation before drying and not as protective compound.