Repositorio UFRO · Omeka S

Nitrogen Supply Affects Photosynthesis and Photoprotective Attributes During Drought-Induced Senescence in Quinoa

Primer Autor	Bascunan-Godoy, Luisa
Co-autores	Sanhueza, Carolina Hernandez, Cristian E. Cifuentes, Leonardo Pinto, Katherine Alvarez, Rodrigo Gonzalez-Teuber, Marcia Bravo, Leon A.
Título	Nitrogen Supply Affects Photosynthesis and Photoprotective Attributes During Drought-Induced Senescence in Quinoa
Editorial	FRONTIERS MEDIA SA
Revista	FRONTIERS IN PLANT SCIENCE
Lenguaje	en
Resumen	Drought during senescence has become more common in Mediterranean climates in recent years. Chenopodium quinoa Willd has been identified as tolerant to poor soil conditions and drought. Previous observations have found that sufficient nitrogen (N) supply mitigates yield losses under terminal drought conditions. However, there is no understanding of the mechanisms behind this effect. We hypothesized that N up-regulates both photosynthetic and photoprotective elements during drought-induced senescence, alleviating the negative impact of drought on yield. The role of N supply and terminal drought on photoprotection was tested using three Chilean quinoa genotypes from different climatic zones: Faro, UdeC9, and BO78. Plants were grown under high nitrogen (HN) or low nitrogen (LN) conditions and subjected to terminal drought at the onset of senescence. Photosynthetic and photochemical and non-photochemical processes were evaluated at both the onset of drought and after 15 days of drought conditions. N supplementation modified most of the physiological parameters related to photochemical dissipation of energy, photosynthesis, and yield in quinoa. In contrast, water restriction did not affect photosynthesis in quinoa, and its effect on yield was dependent on the genotype. A significant interaction N x G was observed in photosynthesis, relative water content, protein content, Fv/Fm, and chlorophylls. In general, Faro was able to maintain higher levels of these attributes under LN conditions than UdeC9 and BO78. In addition, the interacting effects of N x W regulated the level of most pigments in quinoa as well as the photoprotective induction of non-photochemical quenching (NPQ) during senescence. During terminal drought at LN conditions, Faro presented a larger NPQ induction under drought conditions than UdeC9 and BO78, which was supported by a larger zeaxanthin content and de-epoxidation state of the xanthophyll pool. Interestingly, BO78 did not induce NPQ in response to drought-induced senescence but instead enhanced the content of betacyanins. This response needs to be researched in future works. Finally, we observed that LN supply reduced the correlationship between the de-epoxidation state of the xanthophyll cycle and NPQ. This could be an indication that N supply not only compromised the capacity for photosynthetic performance in quinoa plants, but also affected the plasticity of thermal dissipation, restricting further changes during drought-induced senescence. La sequía durante la senescencia se ha vuelto más común en los climas mediterráneos en los últimos años. Chenopodium quinoa Willd ha sido identificada como tolerante a malas condiciones del suelo y a la sequía. Observaciones previas han encontrado que un suministro suficiente de nitrógeno (N) mitiga las pérdidas de rendimiento en condiciones de sequía terminal. Sin embargo, no se comprenden los mecanismos detrás de este efecto. Planteamos la hipótesis de que el N regula positivamente los elementos fotosintéticos y fotoprotectores durante la senescencia inducida por la sequía, aliviando el impacto negativo de la sequía en el rendimiento. El papel del suministro de N y la sequía terminal en la fotoprotección se probó utilizando tres genotipos de quinua chilena de diferentes zonas climáticas: Faro, UdeC9 y BO78. Las plantas se cultivaron en condiciones de alto nitrógeno (HN) o bajo nitrógeno (LN) y se sometieron a sequía terminal al inicio de la senescencia. Se evaluaron los procesos fotosintéticos, fotoquímicos y no fotoquímicos tanto al inicio de la sequía como después de 15 días de condiciones de sequía. La suplementación con N modificó la mayoría de los parámetros fisiológicos relacionados con la disipación fotoquímica de energía, fotosíntesis y rendimiento en quinua. En contraste, la restricción hídrica no afectó la fotosíntesis en quinua, y su efecto en el rendimiento fue dependiente del genotipo. Se observó una interacción significativa N x G en la fotosíntesis, contenido relativo de agua, contenido de proteína, Fv/Fm y clorofilas. En general, Faro pudo mantener niveles más altos de estos atributos en condiciones de LN que UdeC9 y BO78. Además, los efectos interactuantes de N x W regularon el nivel de la mayoría de los pigmentos en quinua, así como la inducción fotoprotectora del apagado no fotoquímico (NPQ) durante la senescencia. Durante la sequía terminal en condiciones de LN, Faro presentó una mayor inducción de NPQ en condiciones de sequía que UdeC9 y BO78, lo que fue respaldado por un mayor contenido de zeaxantina y estado de desepoxidación del acervo de xantofilas. Curiosamente, BO78 no indujo NPQ en respuesta a la senescencia inducida por sequía, sino que incrementó el contenido de betacianinas. Esta respuesta debe investigarse en futuros trabajos. Finalmente, observamos que el suministro de LN redujo la correlación entre el estado de desepoxidación del ciclo de las xantofilas y el NPQ. Esto podría indicar que el suministro de N no solo comprometió la capacidad fotosintética de las plantas de quinua, sino que también afectó la plasticidad de la disipación térmica, restringiendo cambios adicionales durante la senescencia inducida por sequía.
Tipo de Recurso	Artículo original
Description	Este trabajo fue financiado por Fondecyt Iniciación No 11130480, PCI Conicyt Chile (REDI170289) y VRID-Iniciacion 218.111.065-1.OIN. This work was supported by Fondecyt Initiation No 11130480, PCI Conicyt Chile (REDI170289), and VRID-Iniciacion 218.111.065-1.OIN.
doi	10.3389/fpls.2018.00994
Formato Recurso	pdf
Palabras Claves	betacyanin carotenoids NPQ thermal dissipation lipid peroxidation water scarcity xanthophyll cycle zeaxanthin betacianina carotenoides NPQ disipación térmica peroxidación lipídica escasez de agua ciclo de xantofila zeaxantina
Ubicación del archivo	http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2018.00994
Categoría OCDE	Plant Sciences
Materias	betacyanin carotenoids NPQ thermal dissipation lipid peroxidation water scarcity xanthophyll cycle zeaxanthin betacianina carotenoides NPQ disipación térmica peroxidación lipídica escasez de agua ciclo de xantofila zeaxantina
Disciplinas de la OCDE	Agronomía Botánica Fitomejoramiento y protección vegetal
Versión del recurso (Recomendado-único)	version publicada
Tipo de ruta	dorada verde
Access Rights	acceso abierto
Derechos de acceso	acceso abierto
Id de Web of Science	WOS:000440151800001
Título de la cita (Recomendado-único)	Nitrogen Supply Affects Photosynthesis and Photoprotective Attributes During Drought-Induced Senescence in Quinoa
Identificador del recurso (Mandatado-único)	Artículo original
Editorial	FRONTIERS MEDIA SA
Revista/Libro	FRONTIERS IN PLANT SCIENCE
Categoría WOS	Ciencias de las plantas
ISSN	1664-462X
Idioma	en
Referencia del Financiador (Mandatado si es aplicable-repetible)	ANID FONDECYT INICIACION 11130480 PCI Conicyt Chile REDI170289 VRID Iniciacion 218.111.065-1.OIN
Descripción	This work was supported by Fondecyt Initiation No 11130480, PCI Conicyt Chile (REDI170289), and VRID-Iniciacion 218.111.065-1.OIN.
Formato	pdf
License	CC BY
Condición de la licencia (Recomendado-repetible)	CC BY
Entidad financiadora	ANID FONDECYT INICIACION 11130480#PCI Conicyt Chile REDI170289#VRID Iniciacion 218.111.065-1.OIN