Published June 19, 2023 | Version v1
Publication Open

Biochemical and phenological characterization of diverse wheats and their association with drought tolerance genes

Creators

  • 1. University of Swat
  • 2. Princess Nourah bint Abdulrahman University
  • 3. Taibah University
  • 4. Quaid-i-Azam University
  • 5. King Abdullah University of Science and Technology

Description

Drought is one of the most important wheat production limiting factor, and can lead to severe yield losses. This study was designed to examine the effect of drought stress on wheat physiology and morphology under three different field capacities (FC) viz. 80% (control), 50% (moderate) and 30% (severe drought stress) in a diverse collection of wheat germplasm including cultivars, landraces, synthetic hexaploid and their derivatives. Traits like grain weight, thousand grain weight and biomass were reduced by 38.23%, 18.91% and 26.47% respectively at 30% FC, whereas the reduction rate for these traits at 50% FC were 19.57%, 8.88% and 18.68%. In principal component analysis (PCA), the first two components PC1 and PC2 accounted for 58.63% of the total variation and separated the cultivars and landraces from synthetic-based germplasm. Landraces showed wide range of phenotypic variations at 30% FC compared to synthetic-based germplasm and improved cultivars. However, least reduction in grain weight was observed in improved cultivars which indicated the progress in developing drought resilient cultivars. Allelic variations of the drought-related genes including TaSnRK2.9-5A, TaLTPs-11, TaLTPs-12, TaSAP-7B-, TaPPH-13, Dreb-B1 and 1fehw3 were significantly associated with the phenological traits under drought stress in all 91 wheats including 40 landraces, 9 varieties, 34 synthetic hexaploids and 8 synthetic derivatives. The favorable haplotypes of 1fehw3, Dreb-B1, TaLTPs-11 and TaLTPs-12 increased grain weight, and biomass. Our results iterated the fact that landraces could be promising source to deploy drought adaptability in wheat breeding. The study further identified drought tolerant wheat genetic resources across various backgrounds and identified favourable haplotypes of water-saving genes which should be considered to develop drought tolerant varieties.

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

Translated Description (Arabic)

الجفاف هو أحد أهم العوامل التي تحد من إنتاج القمح، ويمكن أن يؤدي إلى خسائر فادحة في الغلة. تم تصميم هذه الدراسة لفحص تأثير إجهاد الجفاف على فسيولوجيا ومورفولوجيا القمح تحت ثلاث قدرات ميدانية مختلفة (FC)، أي 80 ٪ (السيطرة) و 50 ٪ (معتدل) و 30 ٪ (إجهاد الجفاف الشديد) في مجموعة متنوعة من البلازما الجرثومية للقمح بما في ذلك الأصناف والأعراق البرية والصيغ الصبغية السداسية الاصطناعية ومشتقاتها. تم تخفيض سمات مثل وزن الحبوب، ألف وزن الحبوب والكتلة الحيوية بنسبة 38.23 ٪، 18.91 ٪ و 26.47 ٪ على التوالي عند 30 ٪ FC، في حين أن معدل التخفيض لهذه الصفات عند 50 ٪ FC كان 19.57 ٪، 8.88 ٪ و 18.68 ٪. في تحليل المكونات الرئيسية (PCA)، شكل المكونان الأولان PC1 و PC2 58.63 ٪ من إجمالي التباين وفصلا الأصناف والسلالات الأرضية عن الجبلة الجرثومية الاصطناعية. أظهرت السلالات البرية مجموعة واسعة من الاختلافات في النمط الظاهري عند 30 ٪ FC مقارنة بالبلازما الجرثومية الاصطناعية والأصناف المحسنة. ومع ذلك، لوحظ أقل انخفاض في وزن الحبوب في الأصناف المحسنة مما يشير إلى التقدم المحرز في تطوير أصناف مقاومة للجفاف. ارتبطت الاختلافات الأليلية للجينات المرتبطة بالجفاف بما في ذلك TaSnRK2.9-5A و TaLTPs -11 و TaLTPs -12 و TaSAP -7B - و TaPPH -13 و Dreb - B1 و 1fehw3 ارتباطًا كبيرًا بالسمات الفينولوجية تحت ضغط الجفاف في جميع أنواع القمح البالغ عددها 91 بما في ذلك 40 سلالة أرضية و 9 أصناف و 34 سداسيات الصيغة الصبغية الاصطناعية و 8 مشتقات اصطناعية. زادت الأنماط الفردية المواتية لـ 1fehw3 و Dreb - B1 و TaLTPs -11 و TaLTPs -12 من وزن الحبوب والكتلة الحيوية. كررت نتائجنا حقيقة أن السلالات البرية يمكن أن تكون مصدرًا واعدًا لنشر القدرة على التكيف مع الجفاف في تكاثر القمح. كما حددت الدراسة الموارد الوراثية للقمح التي تتحمل الجفاف عبر خلفيات مختلفة وحددت الأنماط الفردية المواتية للجينات الموفرة للمياه التي ينبغي النظر فيها لتطوير أصناف تتحمل الجفاف.

Translated Description (French)

La sécheresse est l'un des principaux facteurs limitant la production de blé et peut entraîner de graves pertes de rendement. Cette étude a été conçue pour examiner l'effet du stress dû à la sécheresse sur la physiologie et la morphologie du blé sous trois capacités différentes sur le terrain (FC), à savoir 80 % (contrôle), 50 % (modéré) et 30 % (stress dû à la sécheresse grave) dans une collection diversifiée de germoplasme du blé, y compris les cultivars, les races primitives, les hexaploïdes synthétiques et leurs dérivés. Des caractéristiques telles que le poids des grains, le poids de mille grains et la biomasse ont été réduites de 38,23 %, 18,91 % et 26,47 % respectivement à 30 % FC, tandis que le taux de réduction de ces caractéristiques à 50 % FC était de 19,57 %, 8,88 % et 18,68 %. Dans l'analyse en composantes principales (ACP), les deux premières composantes PC1 et PC2 représentaient 58,63 % de la variation totale et séparaient les cultivars et les races terrestres du germoplasme synthétique. Les races terrestres ont montré un large éventail de variations phénotypiques à 30% FC par rapport au germoplasme synthétique et aux cultivars améliorés. Cependant, la réduction la plus faible du poids des grains a été observée chez les cultivars améliorés, ce qui indique les progrès réalisés dans le développement de cultivars résistants à la sécheresse. Les variations alléliques des gènes liés à la sécheresse, y compris TaSnRK2.9-5A, TaLTPs-11, TaLTPs-12, TaSAP-7B-, TaPPH-13, Dreb-B1 et 1fehw3, ont été significativement associées aux traits phénologiques sous stress de sécheresse chez les 91 blés, dont 40 races terrestres, 9 variétés, 34 hexaploïdes synthétiques et 8 dérivés synthétiques. Les haplotypes favorables de 1fehw3, Dreb-B1, TaLTPs-11 et TaLTPs-12 ont augmenté le poids des grains et la biomasse. Nos résultats ont réitéré le fait que les races primitives pourraient être une source prometteuse pour déployer l'adaptabilité à la sécheresse dans la sélection du blé. L'étude a en outre identifié des ressources génétiques de blé tolérantes à la sécheresse dans divers contextes et a identifié des haplotypes favorables de gènes économes en eau qui devraient être envisagés pour développer des variétés tolérantes à la sécheresse.

Translated Description (Spanish)

La sequía es uno de los factores más importantes que limitan la producción de trigo y puede provocar graves pérdidas de rendimiento. Este estudio fue diseñado para examinar el efecto del estrés por sequía en la fisiología y morfología del trigo bajo tres capacidades de campo (FC) diferentes, a saber, 80% (control), 50% (moderado) y 30% (estrés por sequía severa) en una colección diversa de germoplasma de trigo que incluye cultivares, variedades autóctonas, hexaploides sintéticos y sus derivados. Los rasgos como el peso del grano, el peso de mil granos y la biomasa se redujeron en un 38,23%, 18,91% y 26,47% respectivamente al 30% de FC, mientras que la tasa de reducción para estos rasgos al 50% de FC fue del 19,57%, 8,88% y 18,68%. En el análisis de componentes principales (PCA), los dos primeros componentes PC1 y PC2 representaron el 58,63% de la variación total y separaron los cultivares y las variedades autóctonas del germoplasma de base sintética. Las variedades autóctonas mostraron una amplia gama de variaciones fenotípicas al 30% de FC en comparación con el germoplasma de base sintética y los cultivares mejorados. Sin embargo, se observó la menor reducción en el peso del grano en cultivares mejorados, lo que indicó el progreso en el desarrollo de cultivares resistentes a la sequía. Las variaciones alélicas de los genes relacionados con la sequía, incluidos TaSnRK2.9-5A, TaLTPs-11, TaLTPs-12, TaSAP-7B-, TaPPH-13, Dreb-B1 y 1fehw3, se asociaron significativamente con los rasgos fenológicos bajo estrés por sequía en los 91 trigos, incluidos 40 variedades autóctonas, 9 variedades, 34 hexaploides sintéticos y 8 derivados sintéticos. Los haplotipos favorables de 1fehw3, Dreb-B1, TaLTPs-11 y TaLTPs-12 aumentaron el peso del grano y la biomasa. Nuestros resultados reiteraron el hecho de que las variedades autóctonas podrían ser una fuente prometedora para desplegar la adaptabilidad a la sequía en el mejoramiento del trigo. El estudio identificó además los recursos genéticos del trigo tolerante a la sequía en diversos entornos e identificó haplotipos favorables de genes ahorradores de agua que deberían considerarse para desarrollar variedades tolerantes a la sequía.

Files

s12870-023-04278-9.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:e6626dbe23e60116ffdd85cd2de4d4c6
1.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التوصيف البيوكيميائي والفينولوجي للقمح المتنوع وارتباطه بجينات تحمل الجفاف
Translated title (French)
Caractérisation biochimique et phénologique de divers blés et leur association avec les gènes de tolérance à la sécheresse
Translated title (Spanish)
Caracterización bioquímica y fenológica de diversos trigos y su asociación con genes de tolerancia a la sequía

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4381149513
DOI
10.1186/s12870-023-04278-9

Is supplement to
https://openalex.org/W3149757181 (Other)
https://openalex.org/W2971779471 (Other)
https://openalex.org/W2911627144 (Other)
https://openalex.org/W2902469593 (Other)
https://openalex.org/W2607051586 (Other)
https://openalex.org/W2393768760 (Other)
https://openalex.org/W2380179135 (Other)
https://openalex.org/W2360064927 (Other)
https://openalex.org/W2337302388 (Other)
https://openalex.org/W2094315831 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1515064429
  • https://openalex.org/W1967774283
  • https://openalex.org/W1974907033
  • https://openalex.org/W1975211676
  • https://openalex.org/W1976507225
  • https://openalex.org/W1984787867
  • https://openalex.org/W1985308880
  • https://openalex.org/W1990534977
  • https://openalex.org/W1995452633
  • https://openalex.org/W2002819694
  • https://openalex.org/W2011445055
  • https://openalex.org/W2018245603
  • https://openalex.org/W2020668411
  • https://openalex.org/W2028823348
  • https://openalex.org/W2042218291
  • https://openalex.org/W2044477239
  • https://openalex.org/W2046651811
  • https://openalex.org/W2050574005
  • https://openalex.org/W2052519300
  • https://openalex.org/W2057565203
  • https://openalex.org/W2083678907
  • https://openalex.org/W2085642204
  • https://openalex.org/W2087506465
  • https://openalex.org/W2094468167
  • https://openalex.org/W2100025593
  • https://openalex.org/W2101422765
  • https://openalex.org/W2109508972
  • https://openalex.org/W2160272317
  • https://openalex.org/W2168623112
  • https://openalex.org/W2281955747
  • https://openalex.org/W2295733157
  • https://openalex.org/W2322444674
  • https://openalex.org/W2401328365
  • https://openalex.org/W2442249077
  • https://openalex.org/W2471643800
  • https://openalex.org/W2476889522
  • https://openalex.org/W2517792117
  • https://openalex.org/W2551065603
  • https://openalex.org/W2589857778
  • https://openalex.org/W2611677693
  • https://openalex.org/W2728397586
  • https://openalex.org/W2790938242
  • https://openalex.org/W2792959965
  • https://openalex.org/W2796421240
  • https://openalex.org/W2890296236
  • https://openalex.org/W2903028373
  • https://openalex.org/W2914599724
  • https://openalex.org/W2919271426
  • https://openalex.org/W2924822346
  • https://openalex.org/W2940902501
  • https://openalex.org/W2942566449
  • https://openalex.org/W2942577188
  • https://openalex.org/W2943135249
  • https://openalex.org/W2948047291
  • https://openalex.org/W2958710264
  • https://openalex.org/W2969179938
  • https://openalex.org/W2971223823
  • https://openalex.org/W2980778490
  • https://openalex.org/W2992355601
  • https://openalex.org/W3001397204
  • https://openalex.org/W3002016419
  • https://openalex.org/W3012957100
  • https://openalex.org/W3024667733
  • https://openalex.org/W3040140972
  • https://openalex.org/W3083462409
  • https://openalex.org/W3137278884
  • https://openalex.org/W3159699129
  • https://openalex.org/W3168188932
  • https://openalex.org/W3197012077
  • https://openalex.org/W3214256772
  • https://openalex.org/W3214976550
  • https://openalex.org/W4225850908
  • https://openalex.org/W4280530118
  • https://openalex.org/W4280606698
  • https://openalex.org/W4282548904
  • https://openalex.org/W4283384709
  • https://openalex.org/W4294527281
  • https://openalex.org/W4294930598
  • https://openalex.org/W4302288149
  • https://openalex.org/W4310177714
  • https://openalex.org/W4311161175