Rice Stomatal Mega-Papillae Restrict Water Loss and Pathogen Entry
Creators
- 1. Kasetsart University
- 2. University of Sheffield
- 3. National Science and Technology Development Agency
- 4. National Center for Genetic Engineering and Biotechnology
- 5. Ministry of Agriculture and Cooperatives
Description
Rice ( Oryza sativa ) is a water-intensive crop, and like other plants uses stomata to balance CO 2 uptake with water-loss. To identify agronomic traits related to rice stomatal complexes, an anatomical screen of 64 Thai and 100 global rice cultivars was undertaken. Epidermal outgrowths called papillae were identified on the stomatal subsidiary cells of all cultivars. These were also detected on eight other species of the Oryza genus but not on the stomata of any other plant species we surveyed. Our rice screen identified two cultivars that had "mega-papillae" that were so large or abundant that their stomatal pores were partially occluded; Kalubala Vee had extra-large papillae, and Dharia had approximately twice the normal number of papillae. These were most accentuated on the flag leaves, but mega-papillae were also detectable on earlier forming leaves. Energy dispersive X-Ray spectrometry revealed that silicon is the major component of stomatal papillae. We studied the potential function(s) of mega-papillae by assessing gas exchange and pathogen infection rates. Under saturating light conditions, mega-papillae bearing cultivars had reduced stomatal conductance and their stomata were slower to close and re-open, but photosynthetic assimilation was not significantly affected. Assessment of an F 3 hybrid population treated with Xanthomonas oryzae pv. oryzicola indicated that subsidiary cell mega-papillae may aid in preventing bacterial leaf streak infection. Our results highlight stomatal mega-papillae as a novel rice trait that influences gas exchange, stomatal dynamics, and defense against stomatal pathogens which we propose could benefit the performance of future rice crops.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الأرز ( أوريزا ساتيفا ) هو محصول كثيف الاستخدام للمياه، ومثل النباتات الأخرى يستخدم الفوهات لموازنة امتصاص ثاني أكسيد الكربون مع فقدان المياه. لتحديد السمات الزراعية المتعلقة بمجمعات فغر الأرز، تم إجراء فحص تشريحي لـ 64 صنفًا تايلانديًا و 100 صنف أرز عالمي. تم تحديد نتوءات البشرة المسماة الحليمات على الخلايا الفرعية الفموية لجميع الأصناف. تم اكتشافها أيضًا على ثمانية أنواع أخرى من جنس الأوريزا ولكن ليس على فوهات أي أنواع نباتية أخرى قمنا بمسحها. حددت شاشة الأرز لدينا صنفين لهما "حليمات ضخمة" كانت كبيرة أو وفيرة لدرجة أن مسامها الفموية كانت مسدودة جزئيًا ؛ كان لدى كالوبالا في حليمات كبيرة جدًا، وكان لدى داريا ضعف العدد الطبيعي تقريبًا من الحليمات. كانت هذه أكثر وضوحًا على أوراق العلم، ولكن تم اكتشاف الحليمات الضخمة أيضًا على الأوراق التي تشكلت سابقًا. كشف قياس طيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة أن السيليكون هو المكون الرئيسي للحليمات الفموية. درسنا الوظيفة(الوظائف) المحتملة للحليمات الضخمة من خلال تقييم تبادل الغازات ومعدلات الإصابة بالعوامل الممرضة. في ظل ظروف الإضاءة المشبعة، قللت أصناف الحليمات الضخمة من التوصيل الفموي وكانت فوهاتهم أبطأ في الإغلاق وإعادة الفتح، لكن الاستيعاب الضوئي لم يتأثر بشكل كبير. أشار تقييم السكان الهجين F 3 الذين عولجوا بـ Xanthomonas oryzae pv. oryzicola إلى أن الحليمات الضخمة للخلية الفرعية قد تساعد في الوقاية من عدوى سلسلة الأوراق البكتيرية. تسلط نتائجنا الضوء على الحليمات الضخمة الفموية كسمة أرز جديدة تؤثر على تبادل الغاز، وديناميكيات الفغر، والدفاع ضد مسببات الأمراض الفموية التي نقترح أنها يمكن أن تفيد أداء محاصيل الأرز المستقبلية.Translated Description (French)
Le riz ( Oryza sativa ) est une culture gourmande en eau et, comme d'autres plantes, utilise des stomates pour équilibrer l'absorption de CO 2 avec la perte d'eau. Pour identifier les traits agronomiques liés aux complexes stomatiques du riz, un criblage anatomique de 64 cultivars de riz thaïlandais et de 100 cultivars de riz mondiaux a été entrepris. Des excroissances épidermiques appelées papilles ont été identifiées sur les cellules stomatiques subsidiaires de tous les cultivars. Ceux-ci ont également été détectés sur huit autres espèces du genre Oryza, mais pas sur les stomates d'autres espèces végétales que nous avons étudiées. Notre criblage de riz a identifié deux cultivars qui avaient des « mégapilles » si grandes ou si abondantes que leurs pores stomatiques étaient partiellement occlus ; Kalubala Vee avait des papilles extra-larges et Dharia avait environ deux fois le nombre normal de papilles. Ceux-ci étaient plus accentués sur les feuilles du drapeau, mais les mégapilles étaient également détectables sur les feuilles se formant plus tôt. La spectrométrie à rayons X dispersive dans l'énergie a révélé que le silicium est le composant majeur des papilles stomatiques. Nous avons étudié la (les) fonction(s) potentielle (s) des mégapilles en évaluant les taux d'échange gazeux et d'infection par des agents pathogènes. Dans des conditions de lumière saturante, les cultivars portant des mégapilles avaient une conductance stomatique réduite et leurs stomates étaient plus lents à se fermer et à se rouvrir, mais l'assimilation photosynthétique n'était pas affectée de manière significative. L'évaluation d'une population hybride F 3 traitée avec Xanthomonas oryzae pv. oryzicola a indiqué que les mégapilles de cellules subsidiaires peuvent aider à prévenir l'infection bactérienne des stries foliaires. Nos résultats mettent en évidence les mégapilles stomatiques comme un nouveau trait du riz qui influence l'échange de gaz, la dynamique stomatique et la défense contre les agents pathogènes stomatiques, ce que nous proposons pourrait bénéficier à la performance des futures cultures de riz.Translated Description (Spanish)
El arroz ( Oryza sativa ) es un cultivo intensivo en agua y, al igual que otras plantas, utiliza estomas para equilibrar la absorción de CO 2 con la pérdida de agua. Para identificar los rasgos agronómicos relacionados con los complejos estomáticos del arroz, se realizó un cribado anatómico de 64 cultivares de arroz tailandeses y 100 mundiales. Se identificaron excrecencias epidérmicas llamadas papilas en las células subsidiarias estomáticas de todos los cultivares. Estos también se detectaron en otras ocho especies del género Oryza, pero no en los estomas de ninguna otra especie de planta que estudiamos. Nuestro análisis de arroz identificó dos cultivares que tenían "mega-papilas" que eran tan grandes o abundantes que sus poros estomáticos estaban parcialmente ocluidos; Kalubala Vee tenía papilas extra grandes y Dharia tenía aproximadamente el doble del número normal de papilas. Estos se acentuaron más en las hojas de la bandera, pero las mega-papilas también fueron detectables en las hojas que se formaron antes. La espectrometría de rayos X de dispersión de energía reveló que el silicio es el componente principal de las papilas estomáticas. Estudiamos la (s) función(es) potencial (es) de las megapapilas mediante la evaluación del intercambio de gases y las tasas de infección por patógenos. En condiciones de luz saturada, los cultivares portadores de megapapilas tenían una conductancia estomática reducida y sus estomas tardaban más en cerrarse y reabrirse, pero la asimilación fotosintética no se vio afectada significativamente. La evaluación de una población híbrida F 3 tratada con Xanthomonas oryzae pv. oryzicola indicó que las mega-papilas de células subsidiarias pueden ayudar a prevenir la infección bacteriana por rayas en las hojas. Nuestros resultados destacan las megapapapilas estomáticas como un rasgo novedoso del arroz que influye en el intercambio de gases, la dinámica estomática y la defensa contra los patógenos estomáticos que proponemos podrían beneficiar el rendimiento de los futuros cultivos de arroz.Files
pdf.pdf
Files
(11.8 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:faee2a808ef11efc56fc71faa6f3fb72
|
11.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حليمات الأرز الفموية الضخمة تحد من فقدان المياه ودخول مسببات الأمراض
- Translated title (French)
- Les mégapilles stomatales de riz limitent la perte d'eau et l'entrée d'agents pathogènes
- Translated title (Spanish)
- Las megapapilas estomáticas del arroz restringen la pérdida de agua y la entrada de patógenos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3168515618
- DOI
- 10.3389/fpls.2021.677839
References
- https://openalex.org/W13561294
- https://openalex.org/W1504722246
- https://openalex.org/W1554809685
- https://openalex.org/W1967186972
- https://openalex.org/W1967782118
- https://openalex.org/W1972220229
- https://openalex.org/W1981970103
- https://openalex.org/W1984554514
- https://openalex.org/W1988085692
- https://openalex.org/W1989234854
- https://openalex.org/W2003350709
- https://openalex.org/W2015093208
- https://openalex.org/W2017258578
- https://openalex.org/W2022781343
- https://openalex.org/W2028018006
- https://openalex.org/W2031598332
- https://openalex.org/W2033441569
- https://openalex.org/W2035853823
- https://openalex.org/W2036217769
- https://openalex.org/W2040303178
- https://openalex.org/W2051223695
- https://openalex.org/W2063733074
- https://openalex.org/W2072463387
- https://openalex.org/W2074237397
- https://openalex.org/W2080727374
- https://openalex.org/W2092157066
- https://openalex.org/W2098567697
- https://openalex.org/W2098965014
- https://openalex.org/W2101700812
- https://openalex.org/W2104758481
- https://openalex.org/W2107539957
- https://openalex.org/W2109054196
- https://openalex.org/W2118006068
- https://openalex.org/W2131884020
- https://openalex.org/W2136041199
- https://openalex.org/W2144637957
- https://openalex.org/W2144818984
- https://openalex.org/W2145660560
- https://openalex.org/W2147052619
- https://openalex.org/W2150954888
- https://openalex.org/W2155506323
- https://openalex.org/W2155935848
- https://openalex.org/W2160615977
- https://openalex.org/W2160906348
- https://openalex.org/W2164425190
- https://openalex.org/W2167279371
- https://openalex.org/W2167564230
- https://openalex.org/W2167744640
- https://openalex.org/W2171329166
- https://openalex.org/W2204070685
- https://openalex.org/W2338331266
- https://openalex.org/W2408191152
- https://openalex.org/W2409244555
- https://openalex.org/W2412808242
- https://openalex.org/W2461532864
- https://openalex.org/W2472893323
- https://openalex.org/W2532269402
- https://openalex.org/W2593289458
- https://openalex.org/W2595122029
- https://openalex.org/W2601271698
- https://openalex.org/W2602688616
- https://openalex.org/W2611031887
- https://openalex.org/W2611050588
- https://openalex.org/W2611705176
- https://openalex.org/W2612216056
- https://openalex.org/W2612724153
- https://openalex.org/W2626060015
- https://openalex.org/W2733909242
- https://openalex.org/W2742216341
- https://openalex.org/W2746717376
- https://openalex.org/W2754938298
- https://openalex.org/W2768106320
- https://openalex.org/W2773227838
- https://openalex.org/W2774111136
- https://openalex.org/W2828817210
- https://openalex.org/W2883678104
- https://openalex.org/W2894938720
- https://openalex.org/W2917002599
- https://openalex.org/W2919271426
- https://openalex.org/W2921422770
- https://openalex.org/W2943018664
- https://openalex.org/W2978089921
- https://openalex.org/W2996410438
- https://openalex.org/W3048755498
- https://openalex.org/W3081225271
- https://openalex.org/W3107009477
- https://openalex.org/W4230765425
- https://openalex.org/W4234202054
- https://openalex.org/W4242299625
- https://openalex.org/W4254482603