Published February 7, 2013
| Version v1
Publication
Open
Physiological and molecular characterization of drought responses and identification of candidate tolerance genes in cassava
Creators
- 1. Makerere University
- 2. National Agricultural Research Organisation
- 3. International Livestock Research Institute
- 4. International Institute of Tropical Agriculture
- 5. Nelson Mandela African Institution of Science and Technology
Description
Cassava is an important root crop to resource-poor farmers in marginal areas, where its production faces drought stress constraints. Given the difficulties associated with cassava breeding, a molecular understanding of drought tolerance in cassava will help in the identification of markers for use in marker-assisted selection and genes for transgenic improvement of drought tolerance. This study was carried out to identify candidate drought-tolerance genes and expression-based markers of drought stress in cassava. One drought-tolerant (improved variety) and one drought-susceptible (farmer-preferred) cassava landrace were grown in the glasshouse under well-watered and water-stressed conditions. Their morphological, physiological and molecular responses to drought were characterized. Morphological and physiological measurements indicate that the tolerance of the improved variety is based on drought avoidance, through reduction of water loss via partial stomatal closure. Ten genes that have previously been biologically validated as conferring or being associated with drought tolerance in other plant species were confirmed as being drought responsive in cassava. Four genes (MeALDH, MeZFP, MeMSD and MeRD28) were identified as candidate cassava drought-tolerance genes, as they were exclusively up-regulated in the drought-tolerant genotype to comparable levels known to confer drought tolerance in other species. Based on these genes, we hypothesize that the basis of the tolerance at the cellular level is probably through mitigation of the oxidative burst and osmotic adjustment. This study provides an initial characterization of the molecular response of cassava to drought stress resembling field conditions. The drought-responsive genes can now be used as expression-based markers of drought stress tolerance in cassava, and the candidate tolerance genes tested in the context of breeding (as possible quantitative trait loci) and engineering drought tolerance in transgenics.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد الكسافا محصولًا جذريًا مهمًا للمزارعين الذين يفتقرون إلى الموارد في المناطق الهامشية، حيث يواجه إنتاجه قيودًا على إجهاد الجفاف. نظرًا للصعوبات المرتبطة بتربية الكسافا، سيساعد الفهم الجزيئي لتحمل الجفاف في الكسافا في تحديد العلامات لاستخدامها في الانتقاء بمساعدة العلامات والجينات للتحسين الوراثي لتحمل الجفاف. أجريت هذه الدراسة لتحديد الجينات المرشحة لتحمل الجفاف والعلامات القائمة على التعبير لإجهاد الجفاف في المنيهوت. تمت زراعة قطعة أرض من المنيهوت تتحمل الجفاف (صنف محسن) وأخرى حساسة للجفاف (يفضلها المزارعون) في البيت الزجاجي في ظل ظروف جيدة المياه ومجهدة بالمياه. وتميزت استجاباتهم المورفولوجية والفسيولوجية والجزيئية للجفاف. تشير القياسات المورفولوجية والفسيولوجية إلى أن تحمل الصنف المحسن يعتمد على تجنب الجفاف، من خلال الحد من فقدان المياه عن طريق الإغلاق الفموي الجزئي. تم تأكيد عشرة جينات تم التحقق من صحتها بيولوجيًا سابقًا على أنها تمنح أو ترتبط بتحمل الجفاف في أنواع نباتية أخرى على أنها مستجيبة للجفاف في المنيهوت. تم تحديد أربعة جينات (MeALDH و MeZFP و MeMSD و MeRD28) كجينات مرشحة لتحمل الجفاف من المنيهوت، حيث تم تنظيمها حصريًا في النمط الجيني المقاوم للجفاف إلى مستويات مماثلة معروفة بمنح تحمل الجفاف في الأنواع الأخرى. بناءً على هذه الجينات، نفترض أن أساس التسامح على المستوى الخلوي ربما يكون من خلال تخفيف الانفجار التأكسدي والتكيف التناضحي. تقدم هذه الدراسة توصيفًا أوليًا للاستجابة الجزيئية للكسافا لإجهاد الجفاف الذي يشبه الظروف الميدانية. يمكن الآن استخدام الجينات المستجيبة للجفاف كعلامات قائمة على التعبير لتحمل إجهاد الجفاف في المنيهوت، واختبار جينات التسامح المرشحة في سياق التكاثر (كمواقع سمات كمية محتملة) وهندسة تحمل الجفاف في الجينات المعدلة وراثيًا.Translated Description (French)
Le manioc est une culture racine importante pour les agriculteurs pauvres en ressources dans les zones marginales, où sa production est confrontée à des contraintes de stress liées à la sécheresse. Compte tenu des difficultés associées à la sélection du manioc, une compréhension moléculaire de la tolérance à la sécheresse dans le manioc aidera à identifier les marqueurs à utiliser dans la sélection assistée par marqueurs et les gènes pour l'amélioration transgénique de la tolérance à la sécheresse. Cette étude a été réalisée pour identifier les gènes candidats de tolérance à la sécheresse et les marqueurs basés sur l'expression du stress de la sécheresse dans le manioc. Une race de manioc tolérante à la sécheresse (variété améliorée) et une race de manioc sensible à la sécheresse (préférée des agriculteurs) ont été cultivées dans la serre dans des conditions bien arrosées et stressées par l'eau. Leurs réponses morphologiques, physiologiques et moléculaires à la sécheresse ont été caractérisées. Les mesures morphologiques et physiologiques indiquent que la tolérance de la variété améliorée est basée sur l'évitement de la sécheresse, grâce à la réduction de la perte d'eau par fermeture stomatique partielle. Dix gènes qui ont déjà été biologiquement validés comme conférant ou étant associés à la tolérance à la sécheresse chez d'autres espèces végétales ont été confirmés comme étant sensibles à la sécheresse chez le manioc. Quatre gènes (MeALDH, MeZFP, MeMSD et MeRD28) ont été identifiés comme gènes candidats de tolérance à la sécheresse du manioc, car ils étaient exclusivement régulés à la hausse dans le génotype tolérant à la sécheresse à des niveaux comparables connus pour conférer une tolérance à la sécheresse chez d'autres espèces. Sur la base de ces gènes, nous émettons l'hypothèse que la base de la tolérance au niveau cellulaire est probablement l'atténuation de l'éclatement oxydatif et l'ajustement osmotique. Cette étude fournit une caractérisation initiale de la réponse moléculaire du manioc à un stress de sécheresse ressemblant à des conditions de terrain. Les gènes sensibles à la sécheresse peuvent maintenant être utilisés comme marqueurs basés sur l'expression de la tolérance au stress dû à la sécheresse dans le manioc, et les gènes de tolérance candidats testés dans le contexte de la sélection (en tant que locus de caractères quantitatifs possibles) et de l'ingénierie de la tolérance à la sécheresse dans les transgéniques.Translated Description (Spanish)
La yuca es un cultivo de raíces importante para los agricultores de escasos recursos en áreas marginales, donde su producción enfrenta restricciones de estrés por sequía. Dadas las dificultades asociadas con la cría de yuca, una comprensión molecular de la tolerancia a la sequía en la yuca ayudará en la identificación de marcadores para su uso en la selección asistida por marcadores y genes para la mejora transgénica de la tolerancia a la sequía. Este estudio se llevó a cabo para identificar genes candidatos de tolerancia a la sequía y marcadores basados en la expresión del estrés por sequía en la yuca. En el invernadero se cultivaron una variedad de yuca tolerante a la sequía (variedad mejorada) y otra susceptible a la sequía (preferida por los agricultores) en condiciones de buen riego y estrés hídrico. Se caracterizaron sus respuestas morfológicas, fisiológicas y moleculares a la sequía. Las mediciones morfológicas y fisiológicas indican que la tolerancia de la variedad mejorada se basa en la evitación de la sequía, a través de la reducción de la pérdida de agua a través del cierre parcial del estoma. Diez genes que previamente han sido biológicamente validados como que confieren o están asociados con la tolerancia a la sequía en otras especies de plantas fueron confirmados como sensibles a la sequía en la yuca. Se identificaron cuatro genes (MeALDH, MeZFP, MeMSD y MeRD28) como genes candidatos de tolerancia a la sequía de la yuca, ya que estaban regulados exclusivamente en el genotipo tolerante a la sequía a niveles comparables conocidos por conferir tolerancia a la sequía en otras especies. A partir de estos genes, planteamos la hipótesis de que la base de la tolerancia a nivel celular es probablemente a través de la mitigación del estallido oxidativo y el ajuste osmótico. Este estudio proporciona una caracterización inicial de la respuesta molecular de la yuca al estrés por sequía que se asemeja a las condiciones de campo. Los genes que responden a la sequía ahora se pueden usar como marcadores basados en la expresión de la tolerancia al estrés por sequía en la yuca, y los genes de tolerancia candidatos se pueden probar en el contexto de la reproducción (como posibles loci de rasgos cuantitativos) y la tolerancia a la sequía por ingeniería genética en transgénicos.Files
plt007.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التوصيف الفسيولوجي والجزيئي لاستجابات الجفاف وتحديد جينات التسامح المرشحة في الكسافا
- Translated title (French)
- Caractérisation physiologique et moléculaire des réponses à la sécheresse et identification des gènes de tolérance candidats dans le manioc
- Translated title (Spanish)
- Caracterización fisiológica y molecular de las respuestas a la sequía e identificación de genes candidatos a tolerancia en yuca
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2105586553
- DOI
- 10.1093/aobpla/plt007
References
- https://openalex.org/W1563103142
- https://openalex.org/W1822579095
- https://openalex.org/W1848060965
- https://openalex.org/W1899578943
- https://openalex.org/W1967560273
- https://openalex.org/W1969047180
- https://openalex.org/W1972297975
- https://openalex.org/W1975220728
- https://openalex.org/W1981059904
- https://openalex.org/W1983206013
- https://openalex.org/W1983676392
- https://openalex.org/W1987763223
- https://openalex.org/W1989175399
- https://openalex.org/W1989629347
- https://openalex.org/W1991499356
- https://openalex.org/W1992118396
- https://openalex.org/W1994035663
- https://openalex.org/W1994263004
- https://openalex.org/W2000133318
- https://openalex.org/W2008916407
- https://openalex.org/W2021663774
- https://openalex.org/W2023414315
- https://openalex.org/W2028219412
- https://openalex.org/W2048429364
- https://openalex.org/W2049469558
- https://openalex.org/W2063887819
- https://openalex.org/W2066278305
- https://openalex.org/W2082899584
- https://openalex.org/W2091219918
- https://openalex.org/W2093483599
- https://openalex.org/W2096451658
- https://openalex.org/W2097300475
- https://openalex.org/W2099249565
- https://openalex.org/W2107502960
- https://openalex.org/W2115431636
- https://openalex.org/W2116530161
- https://openalex.org/W2117673088
- https://openalex.org/W2118011066
- https://openalex.org/W2121608468
- https://openalex.org/W2121713868
- https://openalex.org/W2122607527
- https://openalex.org/W2125176583
- https://openalex.org/W2125921267
- https://openalex.org/W2127156026
- https://openalex.org/W2137074210
- https://openalex.org/W2141276710
- https://openalex.org/W2145107559
- https://openalex.org/W2148572849
- https://openalex.org/W2157236929