Новости

Aug 06, 2023

Улучшение засухоустойчивости мутагенизированных EMS люцерны (Medicago sativa L.) путем скрининга in vitro на стадии прорастания.

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12693 (2022) Цитировать эту статью

2065 Доступов

Подробности о метриках

Целью данного исследования было определение новых генотипов засухоустойчивого мутанта люцерны (Medicago sativa L.) путем скрининга EMS-мутагенизированных семян 340675 M3 на стадиях прорастания в присутствии осмотического стресса 35% ПЭГ6000. Анализ роста корней позволил получить несколько мутантов-кандидатов, устойчивых к засухе. Из них 4 мутанта были дополнительно оценены в условиях дефицита воды в течение 24 дней после первого срезания на стадии цветущих почек. Результаты показали, что мутанты, определенные как засухоустойчивые на стадии прорастания, также были устойчивы к условиям дефицита воды. Было обнаружено, что содержание белка и значения супероксиддисмутазы у всех мутантов выше, чем в контрольной группе. Значения аскорбатпероксидов, редуктазы обжорства и липидпероксидазы варьировались в зависимости от мутантного генотипа и продолжительности стресса от засухи. Стресс засухи существенно изменил уровни транскрипции генов MtP5CS, MtDehyd, MseIF-2, MtRD2 и MsNAC. Эти результаты показали, что скрининг in vitro мутантных семян люцерны на осматическую толерантность на стадии прорастания и ранних стадий роста рассады позволил успешно определить засухоустойчивые мутанты люцерны, которые также были толерантны к условиям дефицита воды после первого срезания на стадии цветущих почек.

Глобальное потепление угрожает сегодняшнему сельскохозяйственному производству, ограничивая поливную воду, необходимую для растениеводства1. Поэтому выведение новых сортов растений, способных лучше переносить стрессовые условия засухи и минимизировать потери урожая, имеет стратегическое значение с точки зрения обеспечения продовольственной безопасности будущих поколений. Однако сложная структура механизма стресса от засухи является одной из важнейших причин медленного прогресса селекционных исследований2. Толерантность к засухе имеет количественную наследственность, контролируемую несколькими генами3. Эпистатические и плейотропные отношения между этими генами также чрезвычайно затрудняют их практическое применение в селекционных исследованиях3. Кроме того, такие факторы, как периоды развития растения, продолжительность и тяжесть стресса, также являются важными определяющими факторами для оценки степени количественного наследования стресса, вызванного засухой4.

Засухоустойчивые растения способны выполнять свои обычные функции даже в условиях низкого водного потенциала5. Растения используют несколько стратегий в условиях дефицита воды, чтобы минимизировать вредные последствия стресса засухи на физиологическом, морфологическом и транскрипционном уровнях. Растения также используют стратегию побега, которая определяется как способность растений поддерживать высокий водный потенциал в условиях засухи. Эта стратегия обычно обеспечивается некоторыми агроморфологическими изменениями растений, такими как уменьшение площади листьев, уменьшение количества и проводимости устьиц, формирование плотной корневой системы и увеличение соотношения корней и стеблей6.

Люцерна (Medicago sativa L.) является важной кормовой культурой и имеет важное экономическое значение во всем мире благодаря своему неоценимому вкладу в устойчивое сельское хозяйство и животноводство различными способами7, включая высокий урожай сена, выдающиеся питательные качества и азотфиксирующую способность8. Сорта, культивируемые внутри видов люцерны, являются автотетраплоидными с почти идентичными геномами9. Люцерна обычно считается засухоустойчивой из-за ее глубокой корневой системы, которая обычно проявляется через несколько лет после посадки10. Однако, наряду с прорастанием и ранним ростом рассады, стадия отрастания люцерны сразу после срезки в год посадки очень уязвима к стрессу засухи. Кроме того, люцерне требуется гораздо больше поливной воды по сравнению с другими культурными растениями, особенно в засушливых районах, поскольку ее собирают несколько раз и она дает наиболее урожайный корм за вегетационный период.

Хотя частичный успех был достигнут в выведении новых сортов люцерны, устойчивых к различным абиотическим стрессам, включая засуху11, прогресс был достигнут очень ограниченным по сравнению с другими важными видами сельскохозяйственных культур12. Кроме того, выявление устойчивых к засухе растений путем прямого отбора во многом зависит как от генетической изменчивости используемого материала, так и от успеха методов скрининга. Выведение новых засухоустойчивых генотипов люцерны с использованием метода скрещивания и скрининга существующей узкой генетической базы люцерны представляется очень трудным13. Поэтому мы использовали мутагенез этилметансульфоната (EMS) для создания новой генетической вариации. Скрининг мутантных семян М3 на стадии прорастания в условиях in vitro выявил несколько кандидатов, устойчивых к засухе. Четыре из них также были повторно оценены на физиологическом, морфологическом и транскрипционном уровнях в условиях дефицита воды, примененных в течение 24 дней после первого срезания на стадии цветочных почек, что также рассматривалось как еще один критический этап для определения характеристик возобновления роста люцерны в обоих условиях. Условия выращивания в орошаемых и неорошаемых условиях. Реакцию мутантов на засуху сравнивали с орошаемыми и неорошаемыми контрольными растениями.