Published April 2, 2020 | Version v1
Publication Open

Antarctic root endophytes improve physiological performance and yield in crops under salt stress by enhanced energy production and Na+ sequestration

Creators

  • 1. University of Talca
  • 2. University of Bío-Bío
  • 3. University of Buenos Aires
  • 4. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 5. Agricultural Plant Physiology and Ecology Research Institute

Description

Abstract Climatic change is pointed as one of the major challenges for global food security. Based on current models of climate change, reduction in precipitations and in turn, increase in the soil salinity will be a sharp constraint for crops productivity worldwide. In this context, root fungi appear as a new strategy to improve plant ecophysiological performance and crop yield under abiotic stress. In this study, we evaluated the impact of the two fungal endophytes Penicillium brevicompactum and P. chrysogenum isolated from Antarctic plants on nutrients and Na + contents, net photosynthesis, water use efficiency, yield and survival in tomato and lettuce, facing salinity stress conditions. Inoculation of plant roots with fungal endophytes resulted in greater fresh and dry biomass production, and an enhanced survival rate under salt conditions. Inoculation of plants with the fungal endophytes was related with a higher up/down-regulation of ion homeostasis by enhanced expression of the NHX1 gene. The two endophytes diminished the effects of salt stress in tomato and lettuce, provoked a higher efficiency in photosynthetic energy production and an improved sequestration of Na + in vacuoles is suggested by the upregulating of the expression of vacuolar NHX1 Na + /H + antiporters. Promoting plant-beneficial interactions with root symbionts appears to be an environmentally friendly strategy to mitigate the impact of climate change variables on crop production.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يُشار إلى التغير المناخي باعتباره أحد التحديات الرئيسية للأمن الغذائي العالمي. استنادًا إلى النماذج الحالية لتغير المناخ، وانخفاض الترسبات، وبالتالي، ستكون الزيادة في ملوحة التربة قيدًا حادًا على إنتاجية المحاصيل في جميع أنحاء العالم. في هذا السياق، تظهر الفطريات الجذرية كاستراتيجية جديدة لتحسين الأداء الفسيولوجي البيئي للنبات وإنتاجية المحاصيل تحت الضغط اللاأحيائي. في هذه الدراسة، قمنا بتقييم تأثير النابتين الداخليتين الفطريتين Penicillium brevicompactum و P. chrysogenum المعزولة من نباتات القارة القطبية الجنوبية على العناصر الغذائية ومحتويات Na +، والتمثيل الضوئي الصافي، وكفاءة استخدام المياه، والمحصول والبقاء على قيد الحياة في الطماطم والخس، ومواجهة ظروف إجهاد الملوحة. أدى تلقيح جذور النباتات بالنباتات الفطرية إلى زيادة إنتاج الكتلة الحيوية الطازجة والجافة، وتعزيز معدل البقاء على قيد الحياة في ظل ظروف الملح. ارتبط تلقيح النباتات بالنباتات الداخلية الفطرية بتنظيم أعلى/أسفل لتوازن الأيونات من خلال التعبير المعزز عن جين NHX1. قللت النابتان الداخليتان من آثار إجهاد الملح في الطماطم والخس، وأثارت كفاءة أعلى في إنتاج طاقة التمثيل الضوئي، ويقترح تحسين عزل Na + في الفجوات من خلال رفع مستوى التعبير عن مضادات NHX1 Na +/ H + الفجوية. يبدو أن تعزيز التفاعلات المفيدة للنباتات مع المتكافلات الجذرية استراتيجية صديقة للبيئة للتخفيف من تأثير متغيرات تغير المناخ على إنتاج المحاصيل.

Translated Description (French)

Résumé Le changement climatique est considéré comme l'un des principaux défis pour la sécurité alimentaire mondiale. Sur la base des modèles actuels de changement climatique, la réduction des précipitations et, par conséquent, l'augmentation de la salinité du sol seront une contrainte importante pour la productivité des cultures dans le monde entier. Dans ce contexte, les champignons racinaires apparaissent comme une nouvelle stratégie pour améliorer les performances écophysiologiques des plantes et le rendement des cultures sous stress abiotique. Dans cette étude, nous avons évalué l'impact des deux endophytes fongiques Penicillium brevicompactum et P. chrysogenum isolés de plantes antarctiques sur les nutriments et les teneurs en Na +, la photosynthèse nette, l'efficacité de l'utilisation de l'eau, le rendement et la survie chez la tomate et la laitue, confrontées à des conditions de stress salin. L'inoculation d'endophytes fongiques aux racines des plantes a entraîné une plus grande production de biomasse fraîche et sèche et un taux de survie accru dans des conditions salines. L'inoculation des plantes avec les endophytes fongiques était liée à une régulation plus élevée vers le haut/bas de l'homéostasie ionique par une expression accrue du gène NHX1. Les deux endophytes ont diminué les effets du stress salin chez la tomate et la laitue, provoqué une plus grande efficacité dans la production d'énergie photosynthétique et une meilleure séquestration de Na + dans les vacuoles est suggérée par la régulation à la hausse de l'expression des antiporteurs vacuolaires NHX1 Na + /H +. La promotion des interactions bénéfiques pour les plantes avec les symbiotes racinaires semble être une stratégie respectueuse de l'environnement pour atténuer l'impact des variables du changement climatique sur la production végétale.

Translated Description (Spanish)

Resumen El cambio climático se señala como uno de los principales desafíos para la seguridad alimentaria mundial. Con base en los modelos actuales de cambio climático, la reducción de las precipitaciones y, a su vez, el aumento de la salinidad del suelo será una fuerte restricción para la productividad de los cultivos en todo el mundo. En este contexto, los hongos radiculares aparecen como una nueva estrategia para mejorar el rendimiento ecofisiológico de las plantas y el rendimiento de los cultivos bajo estrés abiótico. En este estudio, evaluamos el impacto de los dos endófitos fúngicos Penicillium brevicompactum y P. chrysogenum aislados de plantas antárticas sobre los nutrientes y el contenido de Na +, la fotosíntesis neta, la eficiencia en el uso del agua, el rendimiento y la supervivencia en tomate y lechuga, que enfrentan condiciones de estrés por salinidad. La inoculación de raíces de plantas con endófitos fúngicos dio como resultado una mayor producción de biomasa fresca y seca, y una mayor tasa de supervivencia en condiciones de salinidad. La inoculación de plantas con los endófitos fúngicos se relacionó con una mayor regulación hacia arriba/hacia abajo de la homeostasis iónica mediante una mayor expresión del gen NHX1. Los dos endófitos disminuyeron los efectos del estrés salino en el tomate y la lechuga, provocaron una mayor eficiencia en la producción de energía fotosintética y se sugiere un mejor secuestro de Na + en las vacuolas por la regulación positiva de la expresión de los antiportadores vacuolares NHX1 Na + /H +. Promover las interacciones planta-beneficio con los simbiontes de las raíces parece ser una estrategia respetuosa con el medio ambiente para mitigar el impacto de las variables del cambio climático en la producción de cultivos.

Files

s41598-020-62544-4.pdf.pdf

Files (1.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f3fd0553db2ea19b3e876037d1675125
1.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعمل النابتات الداخلية الجذرية في أنتاركتيكا على تحسين الأداء الفسيولوجي والإنتاجية في المحاصيل تحت ضغط الملح من خلال تعزيز إنتاج الطاقة وعزل الصوديوم
Translated title (French)
Les endophytes racinaires de l'Antarctique améliorent les performances physiologiques et le rendement des cultures soumises à un stress salin en augmentant la production d'énergie et la séquestration du Na+
Translated title (Spanish)
Los endófitos de la raíz antártica mejoran el rendimiento fisiológico y el rendimiento en cultivos bajo estrés salino al mejorar la producción de energía y el secuestro de Na+

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3014533788
DOI
10.1038/s41598-020-62544-4

Is supplement to
https://openalex.org/W4387854787 (Other)
https://openalex.org/W4365805892 (Other)
https://openalex.org/W3198284362 (Other)
https://openalex.org/W3162832816 (Other)
https://openalex.org/W3156153093 (Other)
https://openalex.org/W3133007940 (Other)
https://openalex.org/W3033694412 (Other)
https://openalex.org/W2387952510 (Other)
https://openalex.org/W2131040395 (Other)
https://openalex.org/W2008091757 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W181973887
  • https://openalex.org/W1964184380
  • https://openalex.org/W1965087628
  • https://openalex.org/W1973964732
  • https://openalex.org/W1979204143
  • https://openalex.org/W1983880479
  • https://openalex.org/W1990921358
  • https://openalex.org/W1997301069
  • https://openalex.org/W1998643695
  • https://openalex.org/W2013883286
  • https://openalex.org/W2020900113
  • https://openalex.org/W2024336506
  • https://openalex.org/W2030930186
  • https://openalex.org/W2034002685
  • https://openalex.org/W2043516022
  • https://openalex.org/W2049783160
  • https://openalex.org/W2055586000
  • https://openalex.org/W2058473271
  • https://openalex.org/W2059255310
  • https://openalex.org/W2061118278
  • https://openalex.org/W2061353955
  • https://openalex.org/W2068685448
  • https://openalex.org/W2069245296
  • https://openalex.org/W2072969848
  • https://openalex.org/W2074008419
  • https://openalex.org/W2088591261
  • https://openalex.org/W2092686336
  • https://openalex.org/W2094950266
  • https://openalex.org/W2105675854
  • https://openalex.org/W2105751976
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2108244474
  • https://openalex.org/W2117933268
  • https://openalex.org/W2118942083
  • https://openalex.org/W2122266551
  • https://openalex.org/W2123697951
  • https://openalex.org/W2133432316
  • https://openalex.org/W2135901822
  • https://openalex.org/W2140434001
  • https://openalex.org/W2142556037
  • https://openalex.org/W2144913885
  • https://openalex.org/W2148333466
  • https://openalex.org/W2148717014
  • https://openalex.org/W2148937132
  • https://openalex.org/W2153820558
  • https://openalex.org/W2158324311
  • https://openalex.org/W2164781891
  • https://openalex.org/W2170874734
  • https://openalex.org/W2172598864
  • https://openalex.org/W2235951754
  • https://openalex.org/W2252193360
  • https://openalex.org/W2294313801
  • https://openalex.org/W2412005770
  • https://openalex.org/W2517244300
  • https://openalex.org/W2538150683
  • https://openalex.org/W2559626869
  • https://openalex.org/W2618678783
  • https://openalex.org/W2620775788
  • https://openalex.org/W2623661223
  • https://openalex.org/W2735437290
  • https://openalex.org/W2742628247
  • https://openalex.org/W2748446569
  • https://openalex.org/W2758409826
  • https://openalex.org/W2793208206
  • https://openalex.org/W2808473142
  • https://openalex.org/W2911707247
  • https://openalex.org/W2915738534
  • https://openalex.org/W2937099508
  • https://openalex.org/W2950292715
  • https://openalex.org/W2991853099
  • https://openalex.org/W3205595473
  • https://openalex.org/W4302383021
  • https://openalex.org/W649108930