Published March 24, 2022 | Version v1
Publication Open

Impact of Pre-Anthesis Drought Stress on Physiology, Yield-Related Traits, and Drought-Responsive Genes in Green Super Rice

Creators

  • 1. Nuclear Institute for Agriculture and Biology
  • 2. Institute of Crop Sciences
  • 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences

Description

Optimum soil water availability is vital for maximum yield production in rice which is challenged by increasing spells of drought. The reproductive stage drought is among the main limiting factors leading to the drastic reduction in grain yield. The objective of this study was to investigate the molecular and morphophysiological responses of pre-anthesis stage drought stress in green super rice. The study assessed the performance of 26 rice lines under irrigated and drought conditions. Irrigated treatment was allowed to grow normally, while drought stress was imposed for 30 days at the pre-anthesis stage. Three important physiological traits including pollen fertility percentage (PFP), cell membrane stability (CMS), and normalized difference vegetative index (NDVI) were recorded at anthesis stage during the last week of drought stress. Agronomic traits of economic importance including grain yield were recorded at maturity stage. The analysis of variance demonstrated significant variation among the genotypes for most of the studied traits. Correlation and principal component analyses demonstrated highly significant associations of particular agronomic traits with grain yield, and genetic diversity among genotypes, respectively. Our study demonstrated a higher drought tolerance potential of GSR lines compared with local cultivars, mainly by higher pollen viability, plant biomass, CMS, and harvest index under drought. In addition, the molecular basis of drought tolerance in GSR lines was related to upregulation of certain drought-responsive genes including OsSADRI, OsDSM1, OsDT11, but not the DREB genes. Our study identified novel drought-responsive genes (LOC_Os11g36190, LOC_Os12g04500, LOC_Os12g26290, and LOC_Os02g11960) that could be further characterized using reverse genetics to be utilized in molecular breeding for drought tolerance.

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

Translated Description (Arabic)

يعد التوافر الأمثل لمياه التربة أمرًا حيويًا لتحقيق أقصى قدر من إنتاج محصول الأرز الذي يواجه تحديات بسبب زيادة نوبات الجفاف. يعد جفاف المرحلة الإنجابية من بين العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى الانخفاض الحاد في محصول الحبوب. كان الهدف من هذه الدراسة هو التحقيق في الاستجابات الجزيئية والمورفولوجية لإجهاد الجفاف في مرحلة ما قبل الطرح في الأرز الأخضر الخارق. قيمت الدراسة أداء 26 خط أرز في ظل ظروف الري والجفاف. تم السماح للمعالجة المروية بالنمو بشكل طبيعي، بينما تم فرض إجهاد الجفاف لمدة 30 يومًا في مرحلة ما قبل الطرح. تم تسجيل ثلاث سمات فسيولوجية مهمة بما في ذلك النسبة المئوية لخصوبة حبوب اللقاح (PFP)، واستقرار غشاء الخلية (CMS)، ومؤشر الاختلاف الخضري الطبيعي (NDVI) في مرحلة التركيب خلال الأسبوع الأخير من إجهاد الجفاف. تم تسجيل السمات الزراعية ذات الأهمية الاقتصادية بما في ذلك محصول الحبوب في مرحلة النضج. أظهر تحليل التباين تباينًا كبيرًا بين الأنماط الجينية لمعظم السمات المدروسة. أظهرت تحليلات الارتباط والمكونات الرئيسية ارتباطات مهمة للغاية لسمات زراعية معينة مع محصول الحبوب، والتنوع الجيني بين الأنماط الجينية، على التوالي. أظهرت دراستنا قدرة أعلى على تحمل الجفاف لخطوط GSR مقارنة بالأصناف المحلية، وذلك أساسًا من خلال زيادة صلاحية حبوب اللقاح، والكتلة الحيوية النباتية، و CMS، ومؤشر الحصاد تحت الجفاف. بالإضافة إلى ذلك، كان الأساس الجزيئي لتحمل الجفاف في خطوط GSR مرتبطًا بزيادة تنظيم بعض الجينات المستجيبة للجفاف بما في ذلك OsSADRI و OsDSM1 و OsDT11، ولكن ليس جينات DREB. حددت دراستنا جينات جديدة مستجيبة للجفاف (LOC_Os11g36190 و LOC_Os12g04500 و LOC_Os12g26290 و LOC_Os02g11960) يمكن تمييزها بشكل أكبر باستخدام علم الوراثة العكسي لاستخدامها في التكاثر الجزيئي لتحمل الجفاف.

Translated Description (French)

Une disponibilité optimale de l'eau du sol est essentielle pour une production de riz à rendement maximal, qui est mise à rude épreuve par des périodes de sécheresse croissantes. La sécheresse au stade de la reproduction est l'un des principaux facteurs limitatifs conduisant à la réduction drastique du rendement céréalier. L'objectif de cette étude était d'étudier les réponses moléculaires et morphophysiologiques du stress de la sécheresse au stade pré-anthèse chez le super riz vert. L'étude a évalué la performance de 26 lignées de riz dans des conditions d'irrigation et de sécheresse. Le traitement irrigué a été autorisé à se développer normalement, tandis que le stress de sécheresse a été imposé pendant 30 jours au stade de pré-anthèse. Trois traits physiologiques importants, notamment le pourcentage de fertilité du pollen (PFP), la stabilité de la membrane cellulaire (CMS) et l'indice végétatif de différence normalisée (NDVI), ont été enregistrés au stade de l'anthèse au cours de la dernière semaine de stress dû à la sécheresse. Des traits agronomiques d'importance économique, y compris le rendement céréalier, ont été enregistrés au stade de maturité. L'analyse de la variance a démontré une variation significative entre les génotypes pour la plupart des traits étudiés. La corrélation et les analyses en composantes principales ont démontré des associations très significatives de traits agronomiques particuliers avec le rendement céréalier et la diversité génétique entre les génotypes, respectivement. Notre étude a démontré un potentiel de tolérance à la sécheresse plus élevé des lignées GSR par rapport aux cultivars locaux, principalement par une viabilité du pollen, une biomasse végétale, une CMS et un indice de récolte plus élevés en période de sécheresse. En outre, la base moléculaire de la tolérance à la sécheresse dans les lignées GSR était liée à la régulation positive de certains gènes sensibles à la sécheresse, notamment OsSADRI, OsDSM1, OsDT11, mais pas les gènes DREB. Notre étude a identifié de nouveaux gènes sensibles à la sécheresse (LOC_OS11G36190, LOC_Os12g04500, LOC_Os12g26290 et LOC_Os02g11960) qui pourraient être davantage caractérisés en utilisant la génétique inverse pour être utilisés dans la sélection moléculaire pour la tolérance à la sécheresse.

Translated Description (Spanish)

La disponibilidad óptima de agua en el suelo es vital para la producción de máximo rendimiento en el arroz, que se ve desafiada por el aumento de los períodos de sequía. La sequía en la etapa reproductiva se encuentra entre los principales factores limitantes que conducen a la drástica reducción en el rendimiento del grano. El objetivo de este estudio fue investigar las respuestas moleculares y morfofisiológicas del estrés por sequía en etapa preantesis en el superarroz verde. El estudio evaluó el rendimiento de 26 líneas de arroz en condiciones de regadío y sequía. El tratamiento de riego se dejó crecer normalmente, mientras que el estrés por sequía se impuso durante 30 días en la etapa previa a la antesis. Se registraron tres rasgos fisiológicos importantes que incluyen el porcentaje de fertilidad del polen (PFP), la estabilidad de la membrana celular (CMS) y el índice vegetativo de diferencia normalizada (NDVI) en la etapa de antesis durante la última semana de estrés por sequía. Los rasgos agronómicos de importancia económica, incluido el rendimiento del grano, se registraron en la etapa de madurez. El análisis de varianza demostró una variación significativa entre los genotipos para la mayoría de los rasgos estudiados. Los análisis de correlación y componentes principales demostraron asociaciones altamente significativas de rasgos agronómicos particulares con el rendimiento del grano y la diversidad genética entre genotipos, respectivamente. Nuestro estudio demostró un mayor potencial de tolerancia a la sequía de las líneas GSR en comparación con los cultivares locales, principalmente por una mayor viabilidad del polen, biomasa vegetal, CMS e índice de cosecha bajo sequía. Además, la base molecular de la tolerancia a la sequía en las líneas GSR se relacionó con la regulación positiva de ciertos genes sensibles a la sequía, incluidos OsSADRI, OsDSM1, OsDT11, pero no los genes DREB. Nuestro estudio identificó nuevos genes sensibles a la sequía (Loc_Os11g36190, LOC_Os12g04500, LOC_Os12g26290 y LOC_Os02g11960) que podrían caracterizarse aún más utilizando genética inversa para ser utilizados en la reproducción molecular para la tolerancia a la sequía.

Files

pdf.pdf

Files (6.7 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
md5:75460b7fc33d60d6ba751c68d4cf35fd
6.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير إجهاد الجفاف قبل التركيب على علم وظائف الأعضاء، والسمات المتعلقة بالعائد، والجينات المستجيبة للجفاف في الأرز الأخضر الخارق
Translated title (French)
Impact du stress de sécheresse pré-anthèse sur la physiologie, les caractéristiques liées au rendement et les gènes sensibles à la sécheresse dans le super riz vert
Translated title (Spanish)
Impacto del estrés por sequía previo a la síntesis en la fisiología, los rasgos relacionados con el rendimiento y los genes sensibles a la sequía en el superarroz verde

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4225751929
DOI
10.3389/fgene.2022.832542

Is supplement to
https://openalex.org/W438855855 (Other)
https://openalex.org/W4323647907 (Other)
https://openalex.org/W3149757181 (Other)
https://openalex.org/W2971779471 (Other)
https://openalex.org/W2905988943 (Other)
https://openalex.org/W2762948138 (Other)
https://openalex.org/W2382524890 (Other)
https://openalex.org/W2360064927 (Other)
https://openalex.org/W2337302388 (Other)
https://openalex.org/W2095550392 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1523342618
  • https://openalex.org/W1605702094
  • https://openalex.org/W1808201465
  • https://openalex.org/W1950503471
  • https://openalex.org/W1976274135
  • https://openalex.org/W1980555125
  • https://openalex.org/W1984755444
  • https://openalex.org/W1986190245
  • https://openalex.org/W1986592482
  • https://openalex.org/W1986900621
  • https://openalex.org/W1988454932
  • https://openalex.org/W2006114337
  • https://openalex.org/W2020448256
  • https://openalex.org/W2022075095
  • https://openalex.org/W2033014033
  • https://openalex.org/W2049394588
  • https://openalex.org/W2056746709
  • https://openalex.org/W2065623717
  • https://openalex.org/W2134108833
  • https://openalex.org/W2149642609
  • https://openalex.org/W2152224191
  • https://openalex.org/W2155932116
  • https://openalex.org/W2163407769
  • https://openalex.org/W2164743145
  • https://openalex.org/W2257701510
  • https://openalex.org/W2276222632
  • https://openalex.org/W2400450278
  • https://openalex.org/W2528622381
  • https://openalex.org/W2539189482
  • https://openalex.org/W2604508322
  • https://openalex.org/W2725062638
  • https://openalex.org/W2744400296
  • https://openalex.org/W2794383401
  • https://openalex.org/W2798184664
  • https://openalex.org/W2802223792
  • https://openalex.org/W2807452401
  • https://openalex.org/W288031554
  • https://openalex.org/W2890002703
  • https://openalex.org/W2900456326
  • https://openalex.org/W2905671781
  • https://openalex.org/W2919177248
  • https://openalex.org/W2969600797
  • https://openalex.org/W2981727639
  • https://openalex.org/W2982003255
  • https://openalex.org/W2998737787
  • https://openalex.org/W3013310579
  • https://openalex.org/W3022282970
  • https://openalex.org/W3041824083
  • https://openalex.org/W3082275783
  • https://openalex.org/W3089561867
  • https://openalex.org/W3097745926
  • https://openalex.org/W3121499149
  • https://openalex.org/W3121989607
  • https://openalex.org/W3126855490
  • https://openalex.org/W3132870632