Toleranța la fier în orez este o metodă eficientă pentru efectuarea rapidă a screeningului timpuriu al genotipului BMC
Abstract
Obiective
Acest studiu a fost realizat pentru a stabili o metodă de screening timpuriu, rapid și ieftin al toleranței la fier în exces în orez (Orez sativa L.) soiuri.
Rezultate
Pe baza experimentelor, excesul de fier duce la reducerea lungimii lăstarilor (SL) și aceasta poate fi o caracteristică utilă pentru screeningul adecvat al genotipurilor tolerante. Genotipurile sensibile Nipponbare și BR-IRGA 409 au indicat o acumulare mai mare de fier în țesuturile lor, în timp ce BRS-Agrisul și Epagri 108 au acumulat și fier, dar la concentrații mai mici. BR-IRGA 410 a prezentat un fenotip intermediar privind acumularea de fier. Nu se pot observa modificări ale conținutului de Cu de lăstari la compararea tratamentelor. Pe de altă parte, sa observat o creștere pentru Zn și Mn atunci când lăstarii sunt supuși unui exces de Fe 2+. Stresul Fe la o concentrație mai mică de 7 mM a crescut Zn, dar a scăzut conținutul de Mn în lăstari de BR-IRGA 409. S-au găsit corelații puternice pozitive aici pentru Fe × Zn (0,93); Fe × Mn (0,97) și Zn × Mn (0,92), probabil datorită activării induse de Fe a transportatorilor de cationi bivalenți. Rezultatele arată că genotipurile marcate ca sensibile prezintă o concentrație mai mare de Fe în lăstari și aceasta este o metodă eficientă de caracterizare a soiurilor de orez în ceea ce privește răspunsul fierului.
Introducere
Orez (Orez sativa L.) este o cereală importantă utilizată pentru hrănirea a peste două treimi din populația lumii, fiind sursa a mai mult de 20% din caloriile consumate de omenire [1]. În acest scenariu, Brazilia, unde cultivarea orezului reprezintă o activitate economică importantă, este cel mai mare producător de orez din emisfera occidentală [2].
Unul dintre stresurile abiotice majore care afectează producția și expansiunea orezului irigat este toxicitatea fierului. Fierul (Fe) este un nutrient esențial pentru procesele metabolice ale plantelor, cum ar fi respirația și fotosinteza. Cu toate acestea, atunci când este în exces, devine un element foarte toxic [3,4,5]. Chiar dacă cea mai mare parte a producției mondiale de orez provine din ferme irigate prin inundații, solurile inundate constituie o stare hipoxică care favorizează reducerea fierului, crescând concentrația de Fe 2+ în soluție [5, 6]. Excesul de fier poate provoca pete de frunze ruginite, margini de frunze pătate, reducerea creșterii plantelor, lipire și fertilitatea spiculelor. De asemenea, se observă reduceri ale dezvoltării sistemului radicular, care pot prezenta o culoare maro închis și o creștere scăzută, cu puține rădăcini groase. În cazurile severe, aceste simptome se asociază cu pierderi de randament de până la 100% [7, 8].
Genotipurile orezului variază foarte mult în ceea ce privește răspunsul lor la toxicitatea fierului, iar utilizarea soiurilor tolerante este una dintre strategiile eficiente pentru prevenirea pierderii randamentului, în special pentru fermierii cu venituri mici [8, 9].
Având în vedere un astfel de context, în acest raport ne propunem să evaluăm eficiența unei metode timpurii, rapide și ușoare pentru detectarea toleranței excesive a fierului folosind diferite soiuri de orez.
Textul principal
Patru orez brazilian de câmpie (Orez sativa L.) genotipurile au fost utilizate în acest studiu. Aceste soiuri sunt recomandate de către Southern Brazilian Society of Irrigated Rice și sunt cunoscute ca fiind tolerante la toxicitatea fierului prin rezultatele experimentelor de teren [10]: BRS-Agrisul (tolerant), Epagri 108 (tolerant), BR-IRGA 410 (sensibil) și BR-IRGA 409 (sensibil). Nipponbare, soiul japonez utilizat pentru primul proiect de secvențiere a genomului orezului, este raportat ca fiind sensibil la toxicitatea fierului. Aici Nipponbare a fost utilizat datorită datelor sale moleculare disponibile și ca referință pentru comparații între diferite studii [11, 12].
Semințele au fost dezinfectate cu 20% hipoclorit de sodiu timp de 10 minute, clătite de trei ori în apă ultrapură și plasate în hârtie germinativă timp de 72 h (25 ° C; 16 h de fotoperioadă; umiditate relativă de 100%).
Stresul de fier a fost realizat prin modificarea rapoartelor timpurii [6]. Răsadurile care prezintă o lungime uniformă a rădăcinii au fost plasate în plase de nailon fixate deasupra vaselor de plastic (2 L), conținând nutrienți modificați [13]: 40 mg L -1 din (NH4) 2.SO4; 10 mg L -1 de KH2PO4; 40 mg L -1 de KNO3; 40 mg L -1 CaNO3; 40 mg L -1 de MgSO4 · 7H2O; 0,5 mg L -1 de MnSO4 · H2O; 0,05 mg L -1 de Na2MoO4 · 2H2O; 0,58 mg L -1 de NaCI; 0,2 mg L -1 de H3BO3; 0,01 mg L -1 de ZnSO4 · 7H2O, 0,01 mg L -1 de CuSO4 · 5H2O și 2 mg L -1 de FeSO4 · 7H2O. Răsadurile au fost menținute la 25 ° C, 16 h de fotoperioadă timp de 28 de zile, cu schimbarea soluției la fiecare 7 zile.
După această perioadă, răsadurile au fost supuse la diferite tratamente: martor (T1) cu soluție standard de nutrienți (2 mg L -1 de FeSO4 · 7H2O cu pH 4,0 ± 0,1); exces de fier (T2) cu soluție nutritivă modificată (2000 mg L -1 de FeSO4.7H2O cu pH 4,0 ± 0,1). Răsadurile au fost ținute în aceste condiții timp de 3 zile. Evaluările vizuale au fost efectuate în urma sistemului de evaluare standard pentru orez.
Simptomele vizuale s-au bazat pe moartea frunzelor și intensitatea simptomelor, comparativ cu controlul (Fig. 1a). Gradele au variat de la 0 la 9. Plantele tolerante (T) au primit gradele 0-3, moderat tolerante (MT) 4-5 și cele sensibile (S) 6-9 [14]. După tratament, s-au măsurat lungimile rădăcinii (RL) și ale tragerii (SL) (Fig. 1b). De asemenea, au fost evaluate conținutul de cupru (Cu), zinc (Zn), mangan (Mn) și fier (Fe) acumulate în lăstari [15].