Polyaminen (PA's), waaronder putrescine (Put, een diamine), spermidine (Spd, een triamine) en spermine (Spm, een tetramine), zijn polykationen met een laag molecuulgewicht en alifatische stikstofbevattende stoffen. Ze spelen een belangrijke rol in de algehele levenscyclus van planten, van zaadontkieming tot fruitrijping, abscissie en veroudering. Er is een groeiende belangstelling voor de studie van PA's die betrokken zijn bij plantstress, waaronder droogte, hypoxie, hoge temperatuur, lage temperatuur, zoutgehalte en metaaltoxiciteit. De belangrijkste rol van PA's bij plantenstress is om de schade veroorzaakt door reactieve zuurstofsoorten (ROS) tegen te gaan en om schade door vrije radicalen of oxidatieve stress te voorkomen, terwijl ook ionkanalen worden gemoduleerd om de morfologie en integriteit van celmembranen, nucleïnezuren en eiwitten te beschermen . PA's interageren met hormoonroutes (ethyleen, jasmonaat, auxine, gibberellines, cytokinines, abscisinezuur [ABA], salicylzuur en brassinosteroïden) en andere signaalmoleculen (Ca ²⁺ , NEE, H₂ O₂ , en gamma-aminoboterzuur) om planten te helpen omgaan met ongunstige omgevingen.

In de afgelopen twee decennia is er een groeiend begrip ontstaan ​​van de overspraak tussen ABA en PA's als reactie op omgevingsstress. ABA-responsieve element (ABRE)-bindende factoren (ABF's) zijn kerncomponenten in ABA-signalering en zijn in grote lijnen betrokken bij plantengroei en -ontwikkeling, evenals reacties op biotische en abiotische stress zoals kou. C-repeat bindende factoren (CBF's) werken op het kruispunt van het transcriptionele regulerende netwerk dat ten grondslag ligt aan de koude stressrespons. Ze kunnen rechtstreeks binden aan cis-werkende elementen van DRE/CRT (dehydratatie-responsief element/C-herhaling) in de promotors van koude-gereguleerde (COR)-genen en hun expressie activeren om planten te helpen de bittere kou te weerstaan.

Meloen, die zijn oorsprong vindt in tropische en subtropische gebieden maar nu wereldwijd wordt verbouwd, is kwetsbaar voor koudeschade op gematigde breedten. Er zijn aanwijzingen dat exogene ABA de koudetolerantie van oosterse meloenzaailingen kan verbeteren, en PA-accumulatie draagt ​​bij aan de aanpassing aan hypoxiestress in de wortelzone, Ca(NO₃ )₂ stress en zout- en alkaliteitsstress in meloenzaailingen, evenals koudestress in meloenfruit. Er zijn slechts twee CmCBF's, CmCBF1 en CmCBF3, geïdentificeerd en hun expressie is positief gecorreleerd met koude tolerantie in meloenfruit. Het is echter grotendeels onbekend of de PA-, ABA- en CBF-routes synergetisch de koude tolerantie van meloen reguleren.

Onlangs meldden wetenschappers van de Shenyang Agricultural University dat de ABA-, CBF- en polyamineroutes een coöperatief regelgevend netwerk kunnen vormen om de koude-stressreactie van planten te beheersen. In een voorlopig experiment ontdekten de auteurs dat van de drie PA's alleen Put in significant hogere niveaus aanwezig was in een koudetolerant genotype vergeleken met een koudegevoelig genotype. Omdat argininedecarboxylase (ADC) de belangrijkste synthetase is die de biosynthese van putrescine in planten katalyseert, onderzochten de auteurs vervolgens de expressie van het ADC-coderende gen CmADC onder koude behandeling. Zoals verwacht, induceerde lage temperatuur CmADC-expressie en sequentieanalyse toonden aan dat de CmADC-promotor ten minste drie ABRE- en drie DRE-motieven bevatte. De auteurs isoleerden vier CmCBF's en vijf CmABF's die significant werden geïnduceerd als reactie op koude stress. CmABF1 en CmCBF4 werden geselecteerd als kandidaat-TF's die direct konden binden aan promotorfragmenten van CmADC in vitro en in planta om de transcriptie ervan te bevorderen. Virus-geïnduceerde gen-uitschakeling (VIGS)-assays toonden verder aan dat CmABF1 en CmCBF4 een positieve rol speelden in de koude tolerantie van meloenzaailingen door Put-synthese te bevorderen. Dit werk is gepubliceerd in het tijdschrift Horticulture Research .

"Onze studie levert nieuw bewijs dat de ABA- en CBF-routes in koude respons niet volledig onafhankelijk zijn en dat CmADC zich op de kruising van deze routes bevindt", aldus de onderzoekers.