Published August 13, 2020 | Version v1
Publication Metadata-only

Evaluation of salt tolerance in <i>Eruca sativa</i> accessions based on morpho-physiological traits

Creators

  • 1. Abbottabad University of Science and Technology
  • 2. COMSATS University Islamabad
  • 3. Hubei University

Description

Background Salinity is one of the most lethal abiotic stresses which affect multiple aspects of plant physiology. Natural variations in plant germplasm are a great resource that could be exploited for improvement in salt tolerance. Eruca sativa (E. sativa) exhibits tolerance to abiotic stresses. However, thorough evaluation of its salt stress tolerance and screening for traits that could be reliably applied for salt tolerance needs to be studied. The current study was designed to characterize 25 E. sativa accessions, originating from diverse geographical regions of Pakistan, for the salt stress tolerance. Methods Salt stress (150 mM NaCl) was applied for 2 weeks to the plants at four leaf stage in hydroponics. Data of the following morpho-physiological traits were collected from control and treated plants of all the accessions: root length (RL), shoot length (SL), plant height (PH), leaf number (LN), leaf area (LA), fresh weight (FW), dry weight (DW), chlorophyl content (SPAD), electrolyte leakage (EL), relative water content (RWC), gas exchange parameters and mineral ion content. Salt tolerance was determined based on membership function value (MFV) of the tested traits. Results Compared with control, the salt-stressed group had significantly reduced mean SL, RL, PH, LN, LA, FW, DW and SPAD. NaCl treatment triggered a slight increase in EL in few accessions. Mean RWC of control and treated groups were not significantly different although few accessions exhibited variation in this trait. Salt stress caused a significant reduction in photosynthesis rate (PR), transpiration rate (TR) and stomatal conductance (SC) but intercellular CO 2 (Ci) was not significantly different between control and treated groups. Compared with control, the salt-stressed plants accumulated significantly higher Na + , K + and Ca 2+ while significantly lower Mg 2+ . K + /Na + ratio was significantly decreased in salt-stressed plants compared with control. Importantly, significant inter-accession variations were found for all the tested traits. The principal component analysis identified SL, RL, PH, LN, LA, FW, DW and PR as the most significant traits for resolving inter-accession variability. Based on MFV of the tested traits, accessions were categorized into five standard groups. Among 25 accessions, one accession was ranked as highly tolerant, four as tolerant while 15 accessions were ranked as moderately tolerant. Of the remaining five accessions, four were ranked as sensitive while one accession as highly sensitive. Conclusion E. sativa accessions were found to exhibit significant genetic diversity in all the tested traits. A few most significant traits for dissecting the genetic variability were identified that could be used for future large-scale germplasm screening in E. sativa . Salt tolerant accessions could be a good resource for future breeding programs aiming to improve salt stress tolerance.

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

Translated Description (Arabic)

الملوحة الخلفية هي واحدة من أكثر الضغوط اللاأحيائية فتكًا والتي تؤثر على جوانب متعددة من فسيولوجيا النبات. الاختلافات الطبيعية في البلازما الجرثومية النباتية هي مورد كبير يمكن استغلاله لتحسين تحمل الملح. تُظهر Eruca sativa (E. sativa) تحملًا للضغوط اللاأحيائية. ومع ذلك، يجب دراسة التقييم الشامل لتحمل إجهاد الملح وفحص السمات التي يمكن تطبيقها بشكل موثوق لتحمل الملح. تم تصميم الدراسة الحالية لتمييز 25 من انضمائات E. sativa، التي تنشأ من مناطق جغرافية متنوعة في باكستان، لتحمل إجهاد الملح. طرق تم تطبيق إجهاد الملح (150 مللي مولار من كلوريد الصوديوم) لمدة أسبوعين على النباتات في أربع مراحل أوراق في الزراعة المائية. تم جمع بيانات السمات المورفولوجية الفسيولوجية التالية من محطات التحكم والمعالجة لجميع الملحقات: طول الجذر (RL)، وطول اللقطة (SL)، وارتفاع النبات (PH)، ورقم الورقة (LN)، ومنطقة الورقة (LA)، والوزن الطازج (FW)، والوزن الجاف (DW)، ومحتوى الكلوروفيل (SPAD)، وتسرب الإلكتروليت (EL)، ومحتوى الماء النسبي (RWC)، ومعلمات تبادل الغاز ومحتوى الأيونات المعدنية. تم تحديد تحمل الملح بناءً على قيمة وظيفة العضوية (MFV) للسمات التي تم اختبارها. النتائج مقارنة بالمجموعة الضابطة، فقد خفضت المجموعة المجهدة بالملح بشكل كبير من متوسط SL و RL و PH و LN و LA و FW و DW و SPAD. أدى علاج كلوريد الصوديوم إلى زيادة طفيفة في EL في عدد قليل من حالات الانضمام. لم يكن متوسط RWC للتحكم والمجموعات المعالجة مختلفًا بشكل كبير على الرغم من أن عددًا قليلاً من عمليات الانضمام أظهرت تباينًا في هذه السمة. تسبب إجهاد الملح في انخفاض كبير في معدل التمثيل الضوئي (PR) ومعدل النتح (TR) والتوصيل الفموي (SC) ولكن ثاني أكسيد الكربون بين الخلايا (Ci) لم يكن مختلفًا بشكل كبير بين مجموعات التحكم والمجموعات المعالجة. مقارنة بالسيطرة، تراكمت النباتات المجهدة بالملح أعلى بكثير من Na + و K + و Ca 2+ بينما انخفضت بشكل ملحوظ Mg 2+ . انخفضت نسبة K + /Na + بشكل كبير في النباتات التي تعاني من إجهاد الملح مقارنة بالتحكم. الأهم من ذلك، تم العثور على اختلافات كبيرة بين الانتماءات لجميع السمات التي تم اختبارها. حدد تحليل المكون الرئيسي SL و RL و PH و LN و LA و FW و DW و PR باعتبارها أهم السمات لحل تقلبات الانضمام. استنادًا إلى MFV للسمات التي تم اختبارها، تم تصنيف عمليات الانضمام إلى خمس مجموعات قياسية. من بين 25 انضمامًا، تم تصنيف انضمام واحد على أنه متسامح للغاية، وأربعة على أنه متسامح بينما تم تصنيف 15 انضمامًا على أنه متسامح إلى حد ما. من بين عمليات الانضمام الخمسة المتبقية، تم تصنيف أربعة منها على أنها حساسة بينما تم تصنيف انضمام واحد على أنه حساس للغاية. تم العثور على ملحقات E. sativa لإظهار تنوع وراثي كبير في جميع الصفات التي تم اختبارها. تم تحديد بعض السمات الأكثر أهمية لتشريح التباين الجيني التي يمكن استخدامها لفحص الجبلة الوراثية على نطاق واسع في المستقبل في E. sativa . يمكن أن تكون الإضافات التي تتحمل الملح موردًا جيدًا لبرامج التكاثر المستقبلية التي تهدف إلى تحسين تحمل إجهاد الملح.

Translated Description (French)

Contexte La salinité est l'un des stress abiotiques les plus mortels qui affectent de multiples aspects de la physiologie des plantes. Les variations naturelles du germoplasme des plantes sont une grande ressource qui pourrait être exploitée pour améliorer la tolérance au sel. Eruca sativa (E. sativa) présente une tolérance aux stress abiotiques. Cependant, une évaluation approfondie de sa tolérance au stress salin et un dépistage des traits qui pourraient être appliqués de manière fiable pour la tolérance au sel doivent être étudiés. La présente étude a été conçue pour caractériser 25 accessions d'E. sativa, provenant de diverses régions géographiques du Pakistan, pour la tolérance au stress salin. Méthodes Le stress salin (150 mM NaCl) a été appliqué pendant 2 semaines aux plantes au stade de quatre feuilles en hydroponie. Les données des traits morpho-physiologiques suivants ont été recueillies auprès des plantes témoins et traitées de toutes les accessions : longueur des racines (RL), longueur des pousses (SL), hauteur de la plante (PH), nombre de feuilles (LN), surface foliaire (LA), poids frais (FW), poids sec (DW), teneur en chlorophyle (SPAD), fuite d'électrolyte (EL), teneur relative en eau (RWC), paramètres d'échange gazeux et teneur en ions minéraux. La tolérance au sel a été déterminée en fonction de la valeur de la fonction d'appartenance (MFV) des traits testés. Résultats Par rapport au groupe témoin, le groupe stressé par le sel avait significativement réduit le SL, le RL, le PH, le LN, le LA, le FW, le DW et le SPAD moyens. Le traitement au NaCl a déclenché une légère augmentation de l'EL dans quelques accessions. Le RWC moyen des groupes témoins et traités n'était pas significativement différent, bien que peu d'accessions aient présenté une variation de ce trait. Le stress salin a entraîné une réduction significative du taux de photosynthèse (PR), du taux de transpiration (TR) et de la conductance stomatique (SC), mais le CO 2 intercellulaire (Ci) n'était pas significativement différent entre les groupes témoins et traités. Par rapport au témoin, les plantes stressées par le sel ont accumulé significativement plus de Na + , K + et Ca 2+ tout en réduisant significativement le Mg 2+ . Le rapport K + /Na + était significativement diminué chez les plantes stressées par le sel par rapport au témoin. Il est important de noter que des variations inter-accessionnelles significatives ont été trouvées pour tous les traits testés. L'analyse en composantes principales a identifié SL, RL, PH, LN, LA, FW, DW et PR comme les traits les plus significatifs pour résoudre la variabilité inter-accession. Sur la base du MFV des traits testés, les accessions ont été classées en cinq groupes standard. Sur 25 adhésions, une adhésion a été classée comme très tolérante, quatre comme tolérantes tandis que 15 adhésions ont été classées comme modérément tolérantes. Sur les cinq adhésions restantes, quatre ont été classées comme sensibles tandis qu'une adhésion a été classée comme très sensible. Conclusion On a constaté que les accessions d'E. sativa présentaient une diversité génétique significative dans tous les traits testés. Quelques traits les plus significatifs pour disséquer la variabilité génétique ont été identifiés et pourraient être utilisés pour un futur dépistage à grande échelle du germoplasme chez E. sativa . Les accessions tolérantes au sel pourraient être une bonne ressource pour les futurs programmes de sélection visant à améliorer la tolérance au stress salin.

Translated Description (Spanish)

Antecedentes La salinidad es uno de los estreses abióticos más letales que afectan a múltiples aspectos de la fisiología vegetal. Las variaciones naturales en el germoplasma de las plantas son un gran recurso que podría explotarse para mejorar la tolerancia a la sal. Eruca sativa (E. sativa) muestra tolerancia al estrés abiótico. Sin embargo, es necesario estudiar una evaluación exhaustiva de su tolerancia al estrés salino y la detección de rasgos que podrían aplicarse de manera confiable para la tolerancia a la sal. El presente estudio fue diseñado para caracterizar 25 accesiones de E. sativa, originarias de diversas regiones geográficas de Pakistán, para la tolerancia al estrés salino. Métodos Se aplicó estrés salino (NaCl 150 mM) durante 2 semanas a las plantas en la etapa de cuatro hojas en hidroponía. Se recopilaron datos de los siguientes rasgos morfofisiológicos de las plantas control y tratadas de todas las accesiones: longitud de la raíz (RL), longitud del brote (SL), altura de la planta (PH), número de hojas (LN), área de la hoja (LA), peso fresco (FW), peso seco (DW), contenido de clorofila (SPAD), fuga de electrolitos (EL), contenido relativo de agua (RWC), parámetros de intercambio de gases y contenido de iones minerales. La tolerancia a la sal se determinó en función del valor de la función de pertenencia (MFV) de los rasgos probados. Resultados En comparación con el control, el grupo con estrés salino había reducido significativamente la media de SL, RL, PH, LN, LA, FW, DW y SPAD. El tratamiento con NaCl desencadenó un ligero aumento en EL en pocas accesiones. El RWC medio de los grupos de control y tratados no fue significativamente diferente, aunque pocas accesiones mostraron variación en este rasgo. El estrés salino causó una reducción significativa en la tasa de fotosíntesis (PR), la tasa de transpiración (TR) y la conductancia estomática (SC), pero el CO 2 (Ci) intercelular no fue significativamente diferente entre los grupos de control y tratados. En comparación con el control, las plantas con estrés salino acumularon significativamente más Na + , K + y Ca 2+, mientras que el Mg 2+ fue significativamente menor. La relación K + /Na + disminuyó significativamente en las plantas con estrés salino en comparación con el control. Es importante destacar que se encontraron variaciones significativas entre accesiones para todos los rasgos probados. El análisis de componentes principales identificó SL, RL, PH, LN, LA, FW, DW y PR como los rasgos más significativos para resolver la variabilidad entre adhesiones. Con base en el MFV de los rasgos probados, las adhesiones se clasificaron en cinco grupos estándar. Entre 25 adhesiones, una adhesión se clasificó como altamente tolerante, cuatro como tolerantes, mientras que 15 adhesiones se clasificaron como moderadamente tolerantes. De las cinco adhesiones restantes, cuatro se clasificaron como sensibles, mientras que una adhesión como altamente sensible. Conclusión Se encontró que los accesos de E. sativa exhiben una diversidad genética significativa en todos los rasgos probados. Se identificaron algunos rasgos más significativos para diseccionar la variabilidad genética que podrían usarse para el futuro cribado de germoplasma a gran escala en E. sativa . Las adhesiones tolerantes a la sal podrían ser un buen recurso para futuros programas de mejoramiento con el objetivo de mejorar la tolerancia al estrés salino.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم تحمل الملح في ارتباطات <i>الجرجير الساتيفا</i> بناءً على السمات الفيزيولوجية الشكلية
Translated title (French)
Évaluation de la tolérance au sel dans les accessions à <i>Eruca sativa</i> en fonction des traits morpho-physiologiques
Translated title (Spanish)
Evaluación de la tolerancia a la sal en accesiones de <i>Eruca sativa</i> basada en rasgos morfofisiológicos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3048757097
DOI
10.7717/peerj.9749

Is supplement to
https://openalex.org/W4312311831 (Other)
https://openalex.org/W2904543189 (Other)
https://openalex.org/W2802775126 (Other)
https://openalex.org/W2507777765 (Other)
https://openalex.org/W2369234026 (Other)
https://openalex.org/W2354431528 (Other)
https://openalex.org/W2352340891 (Other)
https://openalex.org/W2104823949 (Other)
https://openalex.org/W2006383267 (Other)
https://openalex.org/W1743194206 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1040327163
  • https://openalex.org/W1741207575
  • https://openalex.org/W190790746
  • https://openalex.org/W194493193
  • https://openalex.org/W1984233352
  • https://openalex.org/W1986378248
  • https://openalex.org/W1988375659
  • https://openalex.org/W2004754356
  • https://openalex.org/W2009432571
  • https://openalex.org/W2014333437
  • https://openalex.org/W2018371467
  • https://openalex.org/W2025246223
  • https://openalex.org/W2029509192
  • https://openalex.org/W2030625477
  • https://openalex.org/W2038670297
  • https://openalex.org/W2043523133
  • https://openalex.org/W2043686724
  • https://openalex.org/W2045188470
  • https://openalex.org/W2050257423
  • https://openalex.org/W2067543537
  • https://openalex.org/W2067869927
  • https://openalex.org/W2073009251
  • https://openalex.org/W2076843583
  • https://openalex.org/W2089999971
  • https://openalex.org/W2091399454
  • https://openalex.org/W2102223022
  • https://openalex.org/W2113588941
  • https://openalex.org/W2117934496
  • https://openalex.org/W2119067812
  • https://openalex.org/W2129554205
  • https://openalex.org/W2129783363
  • https://openalex.org/W2138696096
  • https://openalex.org/W2145133153
  • https://openalex.org/W2146349207
  • https://openalex.org/W2148717014
  • https://openalex.org/W2162158947
  • https://openalex.org/W2170123933
  • https://openalex.org/W2170860770
  • https://openalex.org/W2260866744
  • https://openalex.org/W2312574434
  • https://openalex.org/W2351000397
  • https://openalex.org/W2474606727
  • https://openalex.org/W2494756434
  • https://openalex.org/W2547016729
  • https://openalex.org/W2553184562
  • https://openalex.org/W2563836941
  • https://openalex.org/W2571086050
  • https://openalex.org/W2589732698
  • https://openalex.org/W2610735241
  • https://openalex.org/W2745872667
  • https://openalex.org/W2774617550
  • https://openalex.org/W2789901639
  • https://openalex.org/W2794151242
  • https://openalex.org/W2797793926
  • https://openalex.org/W2808196229
  • https://openalex.org/W2898330480
  • https://openalex.org/W2941642536
  • https://openalex.org/W2942210458
  • https://openalex.org/W2943655757
  • https://openalex.org/W2945780594
  • https://openalex.org/W2974610978
  • https://openalex.org/W2993939205
  • https://openalex.org/W2998088762
  • https://openalex.org/W2998618076
  • https://openalex.org/W3006618840
  • https://openalex.org/W4233512313
  • https://openalex.org/W80565007