Published July 24, 2017 | Version v1
Publication Open

Drought Tolerance in Pinus halepensis Seed Sources As Identified by Distinctive Physiological and Molecular Markers

Creators

  • 1. Université IBN Khaldoun Tiaret
  • 2. Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas
  • 3. Consejo Superior de Investigaciones Científicas
  • 4. Universitat Politècnica de València
  • 5. Mediterranean Center for Environmental Studies
  • 6. University of Alicante
  • 7. Instituto de Biomedicina de Valencia
  • 8. Universidad de Murcia

Description

Drought is one of the main constraints determining forest species growth, survival and productivity, and therefore one of the main limitations for reforestation or afforestation. The aim of this study is to characterize the drought response at the physiological and molecular level of different Pinus halepensis (common name Aleppo pine) seed sources, previously characterized in field trials as drought-sensitive or drought-tolerant. This approach aims to identify different traits capable of predicting the ability of formerly uncharacterized seedlings to cope with drought stress. Gas-exchange, water potential, photosynthetic pigments, soluble sugars, free amino acids, glutathione and proteomic analyses were carried out on control and drought-stressed seedlings in greenhouse conditions. Gas-exchange determinations were also assessed in field-planted seedlings in order to validate the greenhouse experimental conditions. Drought-tolerant seed sources presented higher values of photosynthetic rates, water use efficiency, photosynthetic pigments and soluble carbohydrates concentrations. We observed the same pattern of variation of photosynthesis rate and maximal efficiency of PSII in field. Interestingly drought-tolerant seed sources exhibited increased levels of glutathione, methionine and cysteine. The proteomic profile of drought tolerant seedlings identified two heat shock proteins and an enzyme related to methionine biosynthesis that were not present in drought sensitive seedlings, pointing to the synthesis of sulphur amino acids as a limiting factor for drought tolerance in Pinus halepensis. Our results established physiological and molecular traits useful as distinctive markers to predict drought tolerance in Pinus halepensis provenances that could be reliably used in reforestation programs in drought prone areas.

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

Translated Description (Arabic)

الجفاف هو أحد القيود الرئيسية التي تحدد نمو الأنواع الحرجية وبقائها وإنتاجيتها، وبالتالي فهو أحد القيود الرئيسية لإعادة التحريج أو التحريج. الهدف من هذه الدراسة هو توصيف استجابة الجفاف على المستوى الفسيولوجي والجزيئي لمختلف مصادر بذور صنوبر الصنوبر (الاسم الشائع صنوبر حلب)، والتي كانت تتميز سابقًا في التجارب الميدانية بأنها حساسة للجفاف أو مقاومة للجفاف. يهدف هذا النهج إلى تحديد السمات المختلفة القادرة على التنبؤ بقدرة الشتلات غير المميزة سابقًا على التعامل مع إجهاد الجفاف. تم إجراء تبادل الغاز، وإمكانات المياه، وأصباغ التمثيل الضوئي، والسكريات القابلة للذوبان، والأحماض الأمينية الحرة، والجلوتاثيون، والتحليلات البروتينية على السيطرة والشتلات التي تعاني من الجفاف في ظروف الاحتباس الحراري. كما تم تقييم قرارات تبادل الغاز في الشتلات المزروعة في الحقول من أجل التحقق من صحة الظروف التجريبية للاحتباس الحراري. قدمت مصادر البذور المقاومة للجفاف قيمًا أعلى لمعدلات التمثيل الضوئي وكفاءة استخدام المياه وأصباغ التمثيل الضوئي وتركيزات الكربوهيدرات القابلة للذوبان. لاحظنا نفس نمط الاختلاف في معدل التمثيل الضوئي والكفاءة القصوى لـ PSII في المجال. ومن المثير للاهتمام أن مصادر البذور المقاومة للجفاف أظهرت مستويات متزايدة من الجلوتاثيون والميثيونين والسيستين. حدد الملف البروتيني للشتلات التي تتحمل الجفاف بروتينين للصدمة الحرارية وإنزيمًا مرتبطًا بالتخليق الحيوي للميثيونين لم يكن موجودًا في الشتلات الحساسة للجفاف، مشيرًا إلى تخليق الأحماض الأمينية الكبريتية كعامل محدد لتحمل الجفاف في الصنوبر الهاليبينسي. أنشأت نتائجنا سمات فسيولوجية وجزيئية مفيدة كعلامات مميزة للتنبؤ بتحمل الجفاف في أصول صنوبر الهاليبينسيس التي يمكن استخدامها بشكل موثوق في برامج إعادة التحريج في المناطق المعرضة للجفاف.

Translated Description (French)

La sécheresse est l'une des principales contraintes qui déterminent la croissance, la survie et la productivité des espèces forestières, et donc l'une des principales limites du reboisement ou du boisement. L'objectif de cette étude est de caractériser la réponse à la sécheresse au niveau physiologique et moléculaire de différentes sources de graines de Pinus halepensis (nom commun Pin d'Alep), précédemment caractérisées dans des essais sur le terrain comme sensibles à la sécheresse ou tolérantes à la sécheresse. Cette approche vise à identifier différents traits capables de prédire la capacité de semis auparavant non caractérisés à faire face au stress de la sécheresse. L'échange gazeux, le potentiel hydrique, les pigments photosynthétiques, les sucres solubles, les acides aminés libres, le glutathion et les analyses protéomiques ont été réalisés sur des semis témoins et stressés par la sécheresse en serre. Les déterminations d'échange de gaz ont également été évaluées dans des semis plantés au champ afin de valider les conditions expérimentales de la serre. Les sources de graines tolérantes à la sécheresse présentaient des valeurs plus élevées de taux de photosynthèse, d'efficacité d'utilisation de l'eau, de pigments photosynthétiques et de concentrations de glucides solubles. Nous avons observé le même schéma de variation du taux de photosynthèse et l'efficacité maximale du PSII sur le terrain. Il est intéressant de noter que les sources de graines tolérantes à la sécheresse présentaient des niveaux accrus de glutathion, de méthionine et de cystéine. Le profil protéomique des semis tolérants à la sécheresse a identifié deux protéines de choc thermique et une enzyme liée à la biosynthèse de la méthionine qui n'étaient pas présentes chez les semis sensibles à la sécheresse, indiquant que la synthèse d'acides aminés soufrés était un facteur limitant pour la tolérance à la sécheresse chez Pinus halepensis. Nos résultats ont établi des traits physiologiques et moléculaires utiles comme marqueurs distinctifs pour prédire la tolérance à la sécheresse dans les provenances de Pinus halepensis qui pourraient être utilisés de manière fiable dans les programmes de reboisement dans les zones sujettes à la sécheresse.

Translated Description (Spanish)

La sequía es una de las principales limitaciones que determinan el crecimiento, la supervivencia y la productividad de las especies forestales y, por lo tanto, una de las principales limitaciones para la reforestación o la forestación. El objetivo de este estudio es caracterizar la respuesta a la sequía a nivel fisiológico y molecular de diferentes fuentes de semillas de Pinus halepensis (nombre común pino de Alepo), previamente caracterizadas en ensayos de campo como sensibles a la sequía o tolerantes a la sequía. Este enfoque tiene como objetivo identificar diferentes rasgos capaces de predecir la capacidad de las plántulas anteriormente no caracterizadas para hacer frente al estrés por sequía. El intercambio de gases, el potencial hídrico, los pigmentos fotosintéticos, los azúcares solubles, los aminoácidos libres, el glutatión y los análisis proteómicos se llevaron a cabo en plántulas de control y estresadas por la sequía en condiciones de invernadero. También se evaluaron las determinaciones de intercambio de gases en plántulas plantadas en el campo para validar las condiciones experimentales en invernadero. Las fuentes de semillas tolerantes a la sequía presentaron valores más altos de tasas fotosintéticas, eficiencia en el uso del agua, pigmentos fotosintéticos y concentraciones de carbohidratos solubles. Observamos el mismo patrón de variación de la tasa de fotosíntesis y la máxima eficiencia de PSII en el campo. Curiosamente, las fuentes de semillas tolerantes a la sequía mostraron mayores niveles de glutatión, metionina y cisteína. El perfil proteómico de las plántulas tolerantes a la sequía identificó dos proteínas de choque térmico y una enzima relacionada con la biosíntesis de metionina que no estaban presentes en las plántulas sensibles a la sequía, lo que apunta a la síntesis de aminoácidos de azufre como un factor limitante para la tolerancia a la sequía en Pinus halepensis. Nuestros resultados establecieron rasgos fisiológicos y moleculares útiles como marcadores distintivos para predecir la tolerancia a la sequía en las procedencias de Pinus halepensis que podrían usarse de manera confiable en programas de reforestación en áreas propensas a la sequía.

Files

pdf.pdf

Files (1.8 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
md5:76f4b94f2825e0e54f1ffc1404ba90ae
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحمل الجفاف في مصادر بذور الصنوبر الهاليبينسي كما حددتها العلامات الفسيولوجية والجزيئية المميزة
Translated title (French)
Tolérance à la sécheresse dans les sources de graines de Pinus halepensis identifiées par des marqueurs physiologiques et moléculaires distinctifs
Translated title (Spanish)
Tolerancia a la sequía en fuentes de semillas de Pinus halepensis identificadas por marcadores fisiológicos y moleculares distintivos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2728567076
DOI
10.3389/fpls.2017.01202

Is supplement to
https://openalex.org/W341346860 (Other)
https://openalex.org/W3149757181 (Other)
https://openalex.org/W2972454445 (Other)
https://openalex.org/W2971779471 (Other)
https://openalex.org/W2902469593 (Other)
https://openalex.org/W2762948138 (Other)
https://openalex.org/W2360064927 (Other)
https://openalex.org/W2337302388 (Other)
https://openalex.org/W2138329927 (Other)
https://openalex.org/W1984414784 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Algeria

References

  • https://openalex.org/W116253160
  • https://openalex.org/W1713699449
  • https://openalex.org/W1719995090
  • https://openalex.org/W1878876104
  • https://openalex.org/W1914931333
  • https://openalex.org/W1976883095
  • https://openalex.org/W1983909450
  • https://openalex.org/W1987183223
  • https://openalex.org/W1994557484
  • https://openalex.org/W1994573931
  • https://openalex.org/W1998057899
  • https://openalex.org/W1999117130
  • https://openalex.org/W2000208854
  • https://openalex.org/W2012159938
  • https://openalex.org/W2017519501
  • https://openalex.org/W2023054478
  • https://openalex.org/W2024729381
  • https://openalex.org/W2031616122
  • https://openalex.org/W2037526248
  • https://openalex.org/W2056554121
  • https://openalex.org/W2063943495
  • https://openalex.org/W2065480641
  • https://openalex.org/W2067635379
  • https://openalex.org/W2079058399
  • https://openalex.org/W2081321980
  • https://openalex.org/W2088426293
  • https://openalex.org/W2092698499
  • https://openalex.org/W2092713296
  • https://openalex.org/W2105570392
  • https://openalex.org/W2107134636
  • https://openalex.org/W2109165196
  • https://openalex.org/W2110231381
  • https://openalex.org/W2116435796
  • https://openalex.org/W2124594695
  • https://openalex.org/W2128635872
  • https://openalex.org/W2130983612
  • https://openalex.org/W2132527497
  • https://openalex.org/W2134985418
  • https://openalex.org/W2138260913
  • https://openalex.org/W2138329927
  • https://openalex.org/W2151058818
  • https://openalex.org/W2152983264
  • https://openalex.org/W2163191021
  • https://openalex.org/W2166861577
  • https://openalex.org/W2170866521
  • https://openalex.org/W2172186526
  • https://openalex.org/W2587150986
  • https://openalex.org/W2750778620
  • https://openalex.org/W4205738251
  • https://openalex.org/W4250111881
  • https://openalex.org/W4293247451