por la Academia China de Ciencias
Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Ling Hongqing del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia de Ciencias de China (CAS), junto con colaboradores de la Universidad de Ludong y el Centro de Información de Redes Informáticas de CAS, han generado un alto genoma de calidad de Kenong 9204 (KN9204), un cultivar de trigo de alta eficiencia en el uso de nitrógeno (NUE) mejorado en IGDB, e ilustró sus posibles mecanismos moleculares que impulsan la alta NUE mediante un análisis comparativo del genoma. Los resultados se publicaron en Molecular Plant el 21 de julio.
La escasez de nitrógeno (N) es uno de los factores más limitantes en la producción de cultivos , y aproximadamente el 60 % de los fertilizantes que se consumen en la agricultura cada año son fertilizantes nitrogenados . La creciente aplicación de fertilizantes nitrogenados en la agricultura ha mejorado el rendimiento, al mismo tiempo que causa serios problemas ambientales, como la eutrofización de los cursos de agua y la acidificación del suelo. El trigo blando (Triticum aestivum L.), como cultivo alimentario básico en el mundo, se cultiva en más superficie que cualquier otro cultivo alimentario. Por lo tanto, mejorar la eficiencia del uso de N del trigo es muy importante para sostener la agricultura y proteger el medio ambiente.
En este estudio, los investigadores secuenciaron y ensamblaron el genoma de KN9204 y lo compararon con otros genomas de gramíneas conocidos. Descubrieron que la familia de genes del transportador de nitrato de alta afinidad (NRT2) se ha expandido durante la evolución del trigo. Un análisis posterior confirmó que algunos de los miembros de la familia ampliada adquirieron nuevas funciones, como la respuesta al estrés por alta salinidad.
Además, también encontraron que los genes transportadores de eflujo de nitrato, que funcionan en el eflujo de nitrato en el periciclo de la raíz y en la carga de nitrato en la savia del xilema, se expandieron durante la formación de emmer salvaje. Estos hallazgos pueden proporcionar una base genética para la amplia adaptabilidad del trigo a la deficiencia de nitrógeno en diferentes entornos geográficos y de suelo.
A través del transcriptoma y el análisis de la red de coexpresión génica, los investigadores identificaron además las etapas clave del desarrollo y las importantes vías metabólicas relacionadas del trigo en respuesta a la deficiencia de nitrógeno. Descubrieron que la deficiencia de nitrógeno suprimió sustancialmente la expresión de genes relacionados con la división celular en espigas jóvenes del cultivar de trigo Jing 411 con bajo NUE, pero tuvo un efecto muy débil en esos genes en KN9204.
Combinando la expresión génica con los datos de acumulación de nitrógeno, revelaron que KN9204 tenía una NUE más alta que la variedad de trigo común, especialmente en la etapa de desarrollo reproductivo. Finalmente, los investigadores concluyeron que la alta NUE de KN9204 es un efecto integrado controlado en diferentes niveles, como sistemas de raíces robustos y grandes, alta expresión de genes relacionados con el desarrollo de raíces, absorción y transporte de nitrato.
Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre los mecanismos moleculares que subyacen a la alta NUE en el trigo y valiosos recursos genómicos para crear cultivares de trigo con alta NUE. Además, el brazo corto del cromosoma de centeno 1RS que porta KN9204 es un material importante para estudiar la enfermedad del trigo y la resistencia al estrés.
Más información: Xiaoli Shi et al, Los análisis genómicos y transcriptómicos comparativos descubren la base molecular de la alta eficiencia en el uso de nitrógeno en el cultivo de trigo Kenong 9204,
Molecular Plant (2022). DOI: 10.1016/j.molp.2022.07.008
