Expresión génica y acumulación de metabolitos en raíces de peral bajo riego parcial alterno de la zona radicular
Resumen
Objetivo del estudio: Investigar los efectos del riego parcial alterno de la zona radicular (AI) en el crecimiento de las raíces, la expresión génica y la acumulación de metabolitos en la pera bergamota (Pyrus pyrifolia (Burm. f.) Nakai ‘Yulu’), así como explorar sus mecanismos para mejorar la eficiencia del uso del agua (WUE) y regular el entorno de la rizosfera.
Área del estudio: El experimento se llevó a cabo en un invernadero de plástico en el Instituto de Árboles Frutales de la Academia de Ciencias Agrícolas de Shanxi, China.
Material y métodos: Se aplicaron tres tratamientos de riego: riego convencional (CK), riego parcial fijo de la zona radicular (FI) y AI. Se midieron indicadores morfológicos, fisiológicos y de WUE. Se realizaron análisis transcriptómicos y metabolómicos de las raíces de pera utilizando secuenciación de alto rendimiento para identificar genes expresados diferencialmente (DEG) y metabolitos.
Resultados principales: El tratamiento con AI mejoró significativamente el crecimiento en comparación con el tratamiento con CK, con un aumento de la longitud, el diámetro y la tasa fotosintética neta (Pn) de los brotes del 35,25 %, 46,09 % y 13,41 %, respectivamente. Se observaron mejoras en la relación raíz-brote, la densidad total de la longitud de la raíz (RLD) y la densidad total de la superficie de la raíz (RSAD). Además, la WUE mejoró en un 31,87%. El análisis transcriptómico reveló la regulación positiva de los genes reguladores de la auxina (p. ej., SAUR), los genes de síntesis de giberelinas (GA) (p. ej., GA20OX2) y los genes relacionados con las acuaporinas, lo que mejoró la acumulación de GA (p. ej., GA44, GA24, GA5) y metabolitos relacionados con la auxina (p. ej., 3-indolacetonitrilo). El AI también aumentó la regulación de genes sensibles al estrés, como Cinnamoyl CoA reductase (CCR), BSK y COI1, lo que incrementó la acumulación de metabolitos como el cinamaldehído y la jasmonoil-L-isoleucina, que mejoraron el crecimiento de las raíces, la resistencia de las plantas y regularon la comunidad microbiana de la rizosfera.
Aspectos destacados de la investigación: El AI promueve el crecimiento de las raíces en los perales al regular positivamente los genes de las acuaporinas, los genes relacionados con la ruta hormonal y los genes de resistencia al estrés, al mismo tiempo que modula el entorno de la rizosfera.
Descargas
Citas
Abdel-Hameed AAE, Liao WB, Prasad KVSK, Reddy ASN, 2024. CAMTAs, a family of calmodulin-binding transcription factors, are versatile regulators of biotic and abiotic stress responses in plants. Crit Rev Plant Sci 43(3): 171–210. https://doi.org/10.1080/10407782.2024.2302671
Barker R, Garcia MNF, Powers SJ, Vaughan S, Bennett MJ, Phillips AL, Thomas SG, Hedden P, 2021. Mapping sites of gibberellin biosynthesis in the Arabidopsis root tip. New Phytol 229(3): 1521–1534. https://doi.org/10.1111/nph.16967
Edwards J, Santos-Medellín C, Nguyen B, Kilmer J, Liechty Z, Veliz E, Ni JD, Phillips G, Sundaresan V, 2019. Soil domestication by rice cultivation results in plant-soil feedback through shifts in soil microbiota. Genome Biol 20(1): 221. https://doi.org/10.1186/s13059-019-1825-x
Elshamly AM, Abaza A, 2024. Precise partial root-zone irrigation technique and potassium-zinc fertigation management improve maize physio-biochemical responses, yield, and water use in arid climate. BMC Plant Biol 24(1): 775. https://doi.org/10.1186/s12870-024-05467-w
Gupta A, Rico-Medina A, Cao-Delgado AI, 2020. The physiology of plant responses to drought. Science 368(6488): 266–269. https://doi.org/10.1126/science.aaz7614
Huang C, Lu Y, Du H, 2021. An Intelligent Water-Saving Irrigation System. J Water Chem Technol 42(6): 480–484. https://doi.org/10.3103/S1063455X20060041
Hose E, Steudle E, Hartung W, 2000. Abscisic acid and hydraulic conductivity of maize roots: a study using cell- and root-pressure probes. Planta 211(6): 874–882. https://doi.org/10.1007/s004250000412
Li ZN, Sela A, Fridman Y, Garstka L, Höfte H, Savaldi-Goldstein S, Wolf S, 2021. Optimal BR signalling is required for adequate cell wall orientation in the Arabidopsis root meristem. Development 148(21): dev199504. https://doi.org/10.1242/dev.199504
Li P, Yang H, Wang L, Liu HJ, Huo HQ, Zhang CJ, Liu AZ, Zhu AD, Hu JY, Lin YJ, et al., 2019. Physiological and transcriptome analyses reveal short-term responses and formation of memory under drought stress in rice. Front Genet 10: 55. https://doi.org/10.3389/fgene.2019.00055
Mehari TG, Xu Y, Magwanga RO, Umer MJ, Kirungu JN, Cai X, Hou Y, Wang Y, Yu S, Wang K, et al., 2021. Genome-wide identification and characterization of light-harvesting Chloro a/b binding (LHC) genes reveals their potential role in enhancing drought tolerance in Gossypium hirsutum. J Cotton Res 4(1): 15. https://doi.org/10.1186/s42397-021-00090-8
Slamini M, Sbaa M, Arabi M, Darmous A, 2022. Review on Partial Root-zone Drying irrigation: Impact on crop yield, soil and water pollution. Agric Water Manage 271: 107807. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2022.107807
Sonawane AV, Shrivastava PK, 2022. Partial root zone drying method of irrigation: A review. Irrig Drain 71(3): 574–588. https://doi.org/10.1002/ird.2686
Stepanova AN, Alonso JM, 2011. Bypassing transcription: a shortcut in cytokinin-auxin interactions. Dev Cell 21(4): 608–610. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2011.09.016
Tiwari P, Srivastava D, Chauhan AS, Indoliya Y, 2021. Root system architecture, physiological analysis and dynamic transcriptomics unravel the drought-responsive traits in rice genotypes. Ecotoxicol Environ Saf 207: 111252. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111252
Wan X, Steudle E, Hartung W, 2004. Gating of water channels (aquaporins) in cortical cells of young corn roots by mechanical stimuli (pressure pulses): effects of ABA and of HgCl₂. J Exp Bot 55(396): 411–422. https://doi.org/10.1093/jxb/erh051
Wang CH, Shu LZ, Zhou SL, Yu HM, Zhu PF, 2019. Effects of alternate partial root-zone irrigation on the utilization and movement of nitrates in soil by tomato plants. Sci Hortic 243: 41–47. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.08.006
Wei G, Zhang M, Cui B, Wei Z, Liu F, 2024. Ammonium nitrogen combined with partial root-zone drying enhanced fruit quality of tomato under elevated atmospheric CO₂. Sci Hortic 323: 112514. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112514
Wu L, Wang JL, Li XF, Guo GQ, 2021. Cytokinin-controlled gradient distribution of auxin in Arabidopsis root tip. Int J Mol Sci 22(8): 3874–3894. https://doi.org/10.3390/ijms22083874
Xu H, Jing H, Shi R, Chen M, Wang C, Xu Q, Bai J, Liu X, Kong M, 2025. Effect of Partial Root Drying Stress on Improvement in Tomato Production. Curr Issues Mol Biol 47(2): 84. https://doi.org/10.3390/cimb47020084
Yang L, You J, Li JZ, Wang YP, Chan ZL, 2021. Melatonin promotes Arabidopsis primary root growth in an IAA-dependent manner. J Exp Bot 72(15): 5599–5611. https://doi.org/10.1093/jxb/erab196
Zhalnina K, Louie KB, Hao Z, Mansoori N, Da-Rocha UN, Shi SJ, Cho HJ, Karaoz U, Loqué D, Bowen BP, et al., 2018. Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community assembly. Nat Microbiol 3(4): 470–480. https://doi.org/10.1038/s41564-018-0129-3
Zhang Y, Liu H, Gong P, He X, Wang J, Wang Z, Zhang J, 2022. Irrigation method and volume for korla fragrant pear: Impact on soil water and salinity, yield, and fruit quality. Agronomy 12(8): 1980. https://doi.org/10.3390/agronomy12081980
Zhang Y, Li X, Jia L, Ji L, Wang C, Xu W, Wang S, Zhou Y, Han H, Han K, 2024. Partial root zone irrigation and K application improves summer maize production and salt resistance in saline soil. Agric Water Manage 303: 109057. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.109057
Derechos de autor 2025 Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Esta obra está bajo licencia internacional Creative Commons Reconocimiento 4.0.
© CSIC. Los originales publicados en las ediciones impresa y electrónica de esta Revista son propiedad del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, siendo necesario citar la procedencia en cualquier reproducción parcial o total.
Salvo indicación contraria, todos los contenidos de la edición electrónica se distribuyen bajo una licencia de uso y distribución “Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional ” (CC BY 4.0). Consulte la versión informativa y el texto legal de la licencia. Esta circunstancia ha de hacerse constar expresamente de esta forma cuando sea necesario.
No se autoriza el depósito en repositorios, páginas web personales o similares de cualquier otra versión distinta a la publicada por el editor.
