Published February 24, 2023 | Version v1
Publication Open

Improving Nitrogen Acquisition and Utilization Through Root Architecture Remodelling: Insight from Legumes

Creators

  • 1. ARC Centre of Excellence for Plant Success in Nature and Agriculture
  • 2. Agriculture and Food
  • 3. University of Queensland
  • 4. National Institute for Biotechnology and Genetic Engineering
  • 5. Ghazi University
  • 6. Qatar University
  • 7. Pir Mehr Ali Shah Arid Agriculture University

Description

Abstract In crop species, nutrient deficiency severely damages plant growth and developmental processes, leading to end-yield penalties. Root architecture remodelling is considered a key factor underpinning nutrient-poor soil environments. Adequate nitrogen (N) supply can play a significant role in sustaining crop productivity on nutrient-deficient soils. However, excessive application of nitrogenous fertilizer may pollute the soil and increase the production cost for the growers. To tackle this problem, crop breeders have made tremendous efforts to improve the N-use efficiency of agricultural crops. This article summarizes the recent progress in identifying QTLs/genes, regulatory pathways, and hormonal crosstalk involved in the growth and development of legumes roots system. Moreover, we have described the progress in microbe–root symbiosis via QTLs/genes regulations, which results in improved N acquisition. Understanding the molecular mechanisms that regulate the root architecture in response to N availability may help to strengthen the root system of legumes and promote environmental friendly and sustainable agriculture.

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

Translated Description (Arabic)

في أنواع المحاصيل، يؤدي نقص المغذيات إلى إلحاق أضرار جسيمة بنمو النبات وعملياته التنموية، مما يؤدي إلى فرض عقوبات على الغلة النهائية. تعتبر إعادة تشكيل بنية الجذر عاملاً رئيسياً يدعم بيئات التربة الفقيرة بالمغذيات. يمكن أن يلعب الإمداد الكافي بالنيتروجين (N) دورًا مهمًا في الحفاظ على إنتاجية المحاصيل في التربة التي تعاني من نقص المغذيات. ومع ذلك، فإن الاستخدام المفرط للأسمدة النيتروجينية قد يلوث التربة ويزيد من تكلفة الإنتاج للمزارعين. ولمعالجة هذه المشكلة، بذل مربو المحاصيل جهودًا هائلة لتحسين كفاءة استخدام N للمحاصيل الزراعية. يلخص هذا المقال التقدم الأخير في تحديد QTLs/الجينات، والمسارات التنظيمية، والتداخل الهرموني الذي ينطوي عليه نمو وتطور نظام جذور البقوليات. علاوة على ذلك، وصفنا التقدم المحرز في التعايش بين الجذور الميكروبية من خلال لوائح QTLs/الجينات، مما يؤدي إلى تحسين اكتساب N. قد يساعد فهم الآليات الجزيئية التي تنظم بنية الجذر استجابة لتوافر N في تعزيز نظام الجذر للبقوليات وتعزيز الزراعة الصديقة للبيئة والمستدامة.

Translated Description (French)

Résumé Chez les espèces cultivées, la carence en nutriments nuit gravement à la croissance et aux processus de développement des plantes, entraînant des pénalités de rendement final. Le remodelage de l'architecture radiculaire est considéré comme un facteur clé qui sous-tend les environnements pédologiques pauvres en nutriments. Un approvisionnement adéquat en azote (N) peut jouer un rôle important dans le maintien de la productivité des cultures sur les sols pauvres en nutriments. Cependant, une application excessive d'engrais azoté peut polluer le sol et augmenter le coût de production pour les producteurs. Pour s'attaquer à ce problème, les sélectionneurs de cultures ont fait d'énormes efforts pour améliorer l'efficacité de l'utilisation N- des cultures agricoles. Cet article résume les progrès récents dans l'identification des QTL/gènes, des voies de régulation et de la diaphonie hormonale impliqués dans la croissance et le développement du système racinaire des légumineuses. De plus, nous avons décrit les progrès de la symbiose microbe-racine via les réglementations QTL/gènes, ce qui entraîne une amélioration de l'acquisition de l'azote. Comprendre les mécanismes moléculaires qui régulent l'architecture racinaire en réponse à la disponibilité de l'azote peut aider à renforcer le système racinaire des légumineuses et à promouvoir une agriculture respectueuse de l'environnement et durable.

Translated Description (Spanish)

Resumen En las especies de cultivos, la deficiencia de nutrientes daña gravemente el crecimiento de las plantas y los procesos de desarrollo, lo que lleva a penalizaciones en el rendimiento final. La remodelación de la arquitectura radicular se considera un factor clave que sustenta los entornos de suelos pobres en nutrientes. El suministro adecuado de nitrógeno (N) puede desempeñar un papel importante en el mantenimiento de la productividad de los cultivos en suelos deficientes en nutrientes. Sin embargo, la aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados puede contaminar el suelo y aumentar el coste de producción para los productores. Para abordar este problema, los mejoradores de cultivos han realizado enormes esfuerzos para mejorar la eficiencia del uso de N de los cultivos agrícolas. Este artículo resume el progreso reciente en la identificación de QTL/genes, vías reguladoras y diafonía hormonal involucradas en el crecimiento y desarrollo del sistema de raíces de las leguminosas. Además, hemos descrito el progreso en la simbiosis microbio-raíz a través de las regulaciones de QTL/genes, lo que resulta en una mejor adquisición de N. Comprender los mecanismos moleculares que regulan la arquitectura radicular en respuesta a la disponibilidad de N puede ayudar a fortalecer el sistema radicular de las leguminosas y promover una agricultura sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

Files

s00344-023-10938-9.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
md5:55efd677202041a9df5cc692414a63a7
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين اكتساب النيتروجين واستخدامه من خلال إعادة تشكيل بنية الجذر: نظرة ثاقبة من البقوليات
Translated title (French)
Amélioration de l'acquisition et de l'utilisation de l'azote grâce au remodelage de l'architecture racine : aperçu des légumineuses
Translated title (Spanish)
Mejora de la adquisición y utilización de nitrógeno a través de la remodelación de la arquitectura radicular: conocimiento de las legumbres

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4321782331
DOI
10.1007/s00344-023-10938-9

Is supplement to
https://openalex.org/W4382466576 (Other)
https://openalex.org/W339206429 (Other)
https://openalex.org/W337705742 (Other)
https://openalex.org/W3045887304 (Other)
https://openalex.org/W3031496399 (Other)
https://openalex.org/W2548015261 (Other)
https://openalex.org/W2511522555 (Other)
https://openalex.org/W2378564528 (Other)
https://openalex.org/W2208374331 (Other)
https://openalex.org/W2085158721 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1480838517
  • https://openalex.org/W1510606824
  • https://openalex.org/W1537401534
  • https://openalex.org/W1564968205
  • https://openalex.org/W1640216401
  • https://openalex.org/W1887675732
  • https://openalex.org/W1953502506
  • https://openalex.org/W1972070589
  • https://openalex.org/W197895950
  • https://openalex.org/W1979526138
  • https://openalex.org/W1981705576
  • https://openalex.org/W1983410533
  • https://openalex.org/W1984592332
  • https://openalex.org/W1985702934
  • https://openalex.org/W1986523030
  • https://openalex.org/W1995627161
  • https://openalex.org/W1997737856
  • https://openalex.org/W1997780979
  • https://openalex.org/W2004016211
  • https://openalex.org/W2005297100
  • https://openalex.org/W2007698913
  • https://openalex.org/W2016269955
  • https://openalex.org/W2018788395
  • https://openalex.org/W2019734507
  • https://openalex.org/W2020988220
  • https://openalex.org/W2022314203
  • https://openalex.org/W2024319264
  • https://openalex.org/W2025867904
  • https://openalex.org/W2032719237
  • https://openalex.org/W2034750140
  • https://openalex.org/W2035830980
  • https://openalex.org/W2044663879
  • https://openalex.org/W2045381135
  • https://openalex.org/W2047160930
  • https://openalex.org/W2048631157
  • https://openalex.org/W2054583020
  • https://openalex.org/W2056639355
  • https://openalex.org/W2057094710
  • https://openalex.org/W2059105183
  • https://openalex.org/W2060880061
  • https://openalex.org/W2061835671
  • https://openalex.org/W2063507562
  • https://openalex.org/W2067400305
  • https://openalex.org/W2074118121
  • https://openalex.org/W2076340791
  • https://openalex.org/W2081012145
  • https://openalex.org/W2089138243
  • https://openalex.org/W2091319467
  • https://openalex.org/W2093049846
  • https://openalex.org/W2096492801
  • https://openalex.org/W2097191318
  • https://openalex.org/W2099637179
  • https://openalex.org/W2100416856
  • https://openalex.org/W2102155706
  • https://openalex.org/W2103247929
  • https://openalex.org/W2104388974
  • https://openalex.org/W2104437166
  • https://openalex.org/W2104495666
  • https://openalex.org/W2110553548
  • https://openalex.org/W2111022336
  • https://openalex.org/W2113476224
  • https://openalex.org/W2114318538
  • https://openalex.org/W2120560407
  • https://openalex.org/W2122576711
  • https://openalex.org/W2123658364
  • https://openalex.org/W2124338947
  • https://openalex.org/W2126653054
  • https://openalex.org/W2126852340
  • https://openalex.org/W2127313385
  • https://openalex.org/W2128711916
  • https://openalex.org/W2129572606
  • https://openalex.org/W2129787196
  • https://openalex.org/W2132063003
  • https://openalex.org/W2133182252
  • https://openalex.org/W2134799856
  • https://openalex.org/W2135176556
  • https://openalex.org/W2136905758
  • https://openalex.org/W2141381665
  • https://openalex.org/W2141684343
  • https://openalex.org/W2142273164
  • https://openalex.org/W2143930935
  • https://openalex.org/W2149685146
  • https://openalex.org/W2151618506
  • https://openalex.org/W2157488893
  • https://openalex.org/W2158470608
  • https://openalex.org/W2158708745
  • https://openalex.org/W2160038364
  • https://openalex.org/W2160522165
  • https://openalex.org/W2162324010
  • https://openalex.org/W2164587215
  • https://openalex.org/W2165213073
  • https://openalex.org/W2165492075
  • https://openalex.org/W2166122109
  • https://openalex.org/W2167464445
  • https://openalex.org/W2168178601
  • https://openalex.org/W2197427518
  • https://openalex.org/W2322815914
  • https://openalex.org/W2335988782
  • https://openalex.org/W2338530495
  • https://openalex.org/W2342700912
  • https://openalex.org/W238246311
  • https://openalex.org/W2419372654
  • https://openalex.org/W2426187030
  • https://openalex.org/W2461870663
  • https://openalex.org/W2516905769
  • https://openalex.org/W2550662841
  • https://openalex.org/W2553079453
  • https://openalex.org/W2572303659
  • https://openalex.org/W2620449103
  • https://openalex.org/W2737215001
  • https://openalex.org/W2768437346
  • https://openalex.org/W2787886864
  • https://openalex.org/W2804983295
  • https://openalex.org/W2890657717
  • https://openalex.org/W2917172480
  • https://openalex.org/W2917882233
  • https://openalex.org/W2921216982
  • https://openalex.org/W2930761982
  • https://openalex.org/W2945527856
  • https://openalex.org/W2954141634
  • https://openalex.org/W2954191458
  • https://openalex.org/W2955433745
  • https://openalex.org/W2963854311
  • https://openalex.org/W2969340681
  • https://openalex.org/W2980355783
  • https://openalex.org/W3003198503
  • https://openalex.org/W3004153224
  • https://openalex.org/W3024772138
  • https://openalex.org/W3044865096
  • https://openalex.org/W3049586951
  • https://openalex.org/W313235454
  • https://openalex.org/W3145201635
  • https://openalex.org/W3207140235
  • https://openalex.org/W4212979196
  • https://openalex.org/W4238253716
  • https://openalex.org/W4249184252