Investigadores dirigidos por el Dr. Wang Bing y Li Jiayang del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia de Ciencias de China han demostrado que los niveles bajos de fósforo activan la biosíntesis y la señalización de las estrigoalactonas para regular la arquitectura de las plantas y la absorción de nitrógeno y fosfato en el arroz.
por Zhang Nannan, Academia China de Ciencias
Los investigadores también desarrollaron plantas transgénicas con mayor eficiencia en el uso de nutrientes, arquitectura mejorada de brotes y raíces y mayor rendimiento de biomasa y grano en condiciones de fósforo bajo y medio. El estudio fue publicado en Molecular Plant el 4 de octubre.
El fósforo es uno de los macroelementos necesarios para el crecimiento y desarrollo de los cultivos. El alto rendimiento de los cultivos depende del uso intensivo de fertilizantes químicos, como los fertilizantes con fósforo, que aumentan el rendimiento de los cultivos pero reducen la eficiencia del uso del fósforo. La roca de fósforo es un recurso no renovable, y la producción y aplicación excesiva de fertilizantes de fósforo han provocado el desperdicio de recursos agrícolas y la contaminación ambiental, lo que es desfavorable para el desarrollo sostenible de la agricultura.
Por lo tanto, es importante explorar los mecanismos de las respuestas de las plantas bajas en fósforo para mejorar la eficiencia en el uso del fósforo, reducir la aplicación de fertilizantes con fósforo y lograr el desarrollo sostenible de la agricultura.
Las estrigolactonas son una clase de hormonas vegetales que regulan diversos procesos biológicos y desempeñan un papel importante en la respuesta a la deficiencia de fósforo. El estrés por niveles bajos de fósforo induce significativamente la biosíntesis de estrigolactona en el arroz, pero no se han identificado los factores de transcripción que regulan este proceso. Los mecanismos por los cuales la estrigolactona regula la arquitectura vegetal clave y el equilibrio de nitrógeno y fósforo en el arroz en condiciones bajas en fósforo aún no están claros.
Este estudio encontró que en un entorno bajo en fósforo, el regulador central de señalización del fósforo del arroz, OsPHR2, activa directamente la expresión de los genes de síntesis de estrigolactona y NSP1, NSP2; NSP1 y NSP2 también forman un heterodímero que se une directamente y activa la transcripción de la síntesis de estrigolactona.
La estrigolactona activa aún más su vía de señalización para inhibir el alargamiento de las yemas del macollo y reducir la densidad de la raíz lateral al promover la expresión del regulador negativo del macollo OsTB1 e inhibir la expresión de CRL1, respectivamente. Curiosamente, descubrieron que las estrigolactonas inhiben la absorción y el transporte de nitrógeno regulando la expresión de genes transportadores de nitrógeno como OsNRT2.1, OsNRT1.1B y OsNAR2.1 y promueven la absorción de fósforo activando la expresión de los genes transportadores de fósforo OsPT.
Estos resultados ilustran un nuevo mecanismo subyacente al equilibrio de nitrógeno y fósforo en el arroz.
Además, los investigadores encontraron que, aunque la sobreexpresión de NSP1 y NSP2 con promotores constitutivos dio como resultado una reducción del número de macollos, la longitud de la panícula y el rendimiento de grano, la sobreexpresión de NSP1 y NSP2 con sus propios promotores realizó una biosíntesis de estrigolactona apropiadamente elevada y una mayor absorción de fósforo en un entorno con bajo contenido de fósforo. ambiente. Las plantas NSP1p:NSP1 y NSP2p:NSP2 mostraron una mayor absorción de nitrógeno, mayor número de macollos, longitud de panícula, biomasa y rendimiento de grano por planta en condiciones de fósforo medio y bajo.
En conclusión , los investigadores revelaron los mecanismos reguladores de la biosíntesis de estrigolactona y el papel de la señalización de estrigolactona en la adaptación a entornos bajos en fósforo. Este estudio proporciona recursos genéticos y estrategias efectivas para mejorar la arquitectura del arroz y la eficiencia en el uso de nutrientes en condiciones bajas en fósforo , y sienta una base sólida para el diseño molecular y el mejoramiento de cultivos de alto rendimiento y alta eficiencia.
Más información: Kun Yuan et al, El nivel bajo de fósforo promueve la heterodimerización de NSP1-NSP2 para mejorar la biosíntesis de estrigolactona y regular las arquitecturas de brotes y raíces en el arroz, Molecular Plant (2023). DOI: 10.1016/j.molp.2023.09.022 . www.cell.com/molecular-plant/f… 1674-2052(23)00313-1
