Repositorio
Institucional

Soto-Cerda, Braulio J.

Morphological and Transcriptomic Analyses Provide New Insights into Linseed (Linum usitatissimum L.) Seedling Roots Response to Nitrogen Stress

MDPI

PLANTS-BASEL

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Nitrogen (N) is the most important macro-nutrient for plant growth and development, which not only results in the highest cost in crop production but may also lead to environmental pollution. Hence, there is a need to develop N and use efficient genotypes, a prerequisite for which is a better understanding of N stress adaptation. Here, responses of two contrasting linseed accessions at the seedling stage were assessed for N stress-induced changes in twelve phenotypic traits and for gene expression profiling in the roots. The results showed that nine out of twelve phenotypic traits were affected under N stress conditions, and include total root length (TRL), root tips (RT), shoot dry weight (SDW), root dry weight (RDW), root-to-shoot ratio (R/S), plant nitrogen content (PNC), shoot nitrogen content (SNC), root nitrogen content (RNC), and nitrogen use efficiency (NUE). For example, under N stress, the TRL, RDW, SDW, PNC, SNC, and RNC showed reductions of 7.1, 7.6, 16.0, 43.7, 43.3, and 38.7%, respectively. The N-efficient (NE) genotype outperformed the N-inefficient (NI) genotype for all root and shoot traits and NUE under N stress and N normal conditions. Transcriptome analysis identified 1034 differentially expressed genes (DEGs) under the contrasting N conditions and uncovered the opposite responses of the two linseed genotypes to N starvation at the gene expression level. DEGs included 153 transcription factors distributed in 27 families, among which ERF, MYB, NAC, and WRKY were the most represented. In addition, DEGs involved in N absorption and transport, root development, amino acid transport, and antioxidant activity were found to be differentially expressed. The candidate genes identified in the current study are purported for their roles in N metabolism in other crops and might also play a pivotal role in N stress adaptation in linseed, and therefore could be useful for further detailed research on N stress response in linseed, paving the way toward developing N-efficient linseed cultivars with improved root system architecture.El nitrógeno (N) es el macronutriente más importante para el crecimiento y desarrollo de las plantas, lo que no solo resulta en el mayor costo en la producción de cultivos, sino que también puede generar contaminación ambiental. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar y utilizar genotipos eficientes en la producción de N, para lo cual es un requisito previo una mejor comprensión de la adaptación al estrés por N. En este estudio, se evaluaron las respuestas de dos accesiones contrastantes de lino en la etapa de plántula para los cambios inducidos por el estrés por N en doce rasgos fenotípicos y para el perfil de expresión génica en las raíces. Los resultados mostraron que nueve de los doce rasgos fenotípicos se vieron afectados bajo condiciones de estrés por N, e incluyen la longitud total de la raíz (TRL), las puntas de la raíz (RT), el peso seco del tallo (SDW), el peso seco de la raíz (RDW), la relación raíz/tallo (R/S), el contenido de nitrógeno de la planta (PNC), el contenido de nitrógeno del tallo (SNC), el contenido de nitrógeno de la raíz (RNC) y la eficiencia del uso de nitrógeno (NUE). Por ejemplo, bajo estrés por N, TRL, RDW, SDW, PNC, SNC y RNC mostraron reducciones de 7.1, 7.6, 16.0, 43.7, 43.3 y 38.7%, respectivamente. El genotipo N-eficiente (NE) superó al genotipo N-ineficiente (NI) para todos los rasgos de raíz y tallo y NUE bajo estrés por N y condiciones normales de N. El análisis del transcriptoma identificó 1034 genes expresados ​​diferencialmente (DEGs) bajo las condiciones contrastantes de N y reveló las respuestas opuestas de los dos genotipos de lino a la deficiencia de N a nivel de expresión génica. Los DEGs incluyeron 153 factores de transcripción distribuidos en 27 familias, entre las cuales ERF, MYB, NAC y WRKY fueron las más representadas. Además, se encontraron DEGs involucrados en la absorción y transporte de N, desarrollo de la raíz, transporte de aminoácidos y actividad antioxidante expresados ​​diferencialmente. Se cree que los genes candidatos identificados en el presente estudio desempeñan un papel fundamental en el metabolismo del nitrógeno en otros cultivos y también podrían tener un papel crucial en la adaptación al estrés por nitrógeno en el lino, por lo que podrían ser útiles para una investigación más detallada sobre la respuesta al estrés por nitrógeno en el lino, allanando el camino hacia el desarrollo de cultivares de lino eficientes en el uso del nitrógeno con una arquitectura mejorada del sistema radicular.

artículo original

<italic>Linum usitatissimum</italic>

root traits

nitrogen use efficiency

transcriptomics

differentially expressed gene

10.3390/plants14182920

pdf

AMINO-ACID TRANSPORTERS

USE EFFICIENCY

FLAXSEED LIGNANS

ARABIDOPSIS

REMOBILIZATION

BIOSYNTHESIS

ACQUISITION

EXPRESSION

COMPONENTS

GENE

AMINO-ACID TRANSPORTERS

USE EFFICIENCY

FLAXSEED LIGNANS

ARABIDOPSIS

REMOBILIZATION

BIOSYNTHESIS

ACQUISITION

EXPRESSION

COMPONENTS

GENE

Agricultura

Fitomejoramiento y protección vegetal

Genética y Herencia

versión publicada

dorada

verde

acceso abierto

acceso abierto

WOS:001579898300001

Morphological and Transcriptomic Analyses Provide New Insights into Linseed (Linum usitatissimum L.) Seedling Roots Response to Nitrogen Stress

artículo original

MDPI

PLANTS-BASEL

Plant Sciences

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2223-7747

CC BY 4.0

Fondo Nacional de Desarrollo Cientifico y Tecnologico (FONDECYT)(Comision Nacional de Investigacion Cientifica y Tecnologica (CONICYT)CONICYT FONDECYT)#ANID-Millennium Science Initiative Program#Universidad Catolica de Temuco#Total Utilization Flax GENomics (TUFGEN) project#Genome Canada(Genome Canada)#Canadian flax industry#Agri-Food Canada (AAFC)#Total Utilization Flax GENomics (TUFGEN)#Genome Canada(Genome Canada)

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