Notícias

Aug 06, 2023

Tolerância à seca melhorada de mutantes de Alfafa (Medicago sativa L.) mutagenizados por EMS por triagem in vitro no estágio de germinação

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12693 (2022) Citar este artigo

2065 Acessos

Detalhes das métricas

Os objetivos deste estudo foram determinar novos mutantes tolerantes à seca de genótipos de alfafa (Medicago sativa L.) por meio da triagem de sementes 340675 M3 mutagenizadas por EMS nos estágios de germinação na presença de estresse osmótico de 35% PEG6000. O ensaio de crescimento radicular forneceu vários mutantes candidatos tolerantes à seca. Destes, 4 mutantes foram posteriormente avaliados em condições de déficit hídrico aplicadas por 24 dias após o primeiro corte na fase de botão florido. Os resultados revelaram que os mutantes determinados como tolerantes à seca na fase de germinação também foram tolerantes às condições de déficit hídrico. O teor de proteína e os valores de superóxido dismutase foram maiores em todos os mutantes do que nos controles. Os valores de peróxidos de ascorbato, glutton redutase e peroxidase lipídica variaram de acordo com o genótipo mutante e a duração do estresse hídrico. O estresse hídrico alterou significativamente os níveis transcricionais dos genes MtP5CS, MtDehyd, MseIF-2, MtRD2 e MsNAC. Esses resultados indicaram que a triagem in vitro de sementes de alfafa mutantes para tolerância osmática na germinação e nos estágios iniciais de crescimento das plântulas foi capaz de determinar com sucesso os mutantes de alfafa tolerantes à seca que também eram tolerantes a condições de déficit hídrico após o primeiro corte no estágio de botão de floração.

O aquecimento global está ameaçando a produção agrícola atual ao limitar a água de irrigação necessária para a produção vegetal1. Portanto, o desenvolvimento de novas variedades de plantas que possam tolerar melhor as condições de estresse hídrico e minimizar as perdas de produtividade tem uma importância estratégica para garantir a segurança alimentar das gerações futuras. No entanto, a complexa estrutura do mecanismo de estresse hídrico é uma das razões mais importantes para o lento progresso dos estudos de melhoramento2. A tolerância à seca apresenta uma herança quantitativa controlada por vários genes3. As relações epistáticas e pleiotrópicas entre esses genes também tornam extremamente difícil a sua prática em estudos de reprodução3. Além disso, fatores como períodos de desenvolvimento de uma planta, duração e severidade dos estresses também são determinantes importantes para avaliar a extensão da herança quantitativa do estresse hídrico4.

Plantas tolerantes à seca têm capacidade de desempenhar suas funções normais mesmo em condições de baixo potencial hídrico5. As plantas usam várias estratégias sob condições de déficit hídrico para minimizar os efeitos deletérios do estresse hídrico em níveis fisiológicos, morfológicos e transcricionais. As plantas também usam uma estratégia de fuga que é definida como a capacidade das plantas de manter alto potencial hídrico sob condição de seca. Essa estratégia geralmente é proporcionada por algumas alterações agromorfológicas nas plantas, como redução da área foliar, redução do número e condutividade dos estômatos, formação de sistemas radiculares densos e aumento da relação raiz/caule6.

A alfafa (Medicago sativa L.) é uma cultura forrageira essencial e tem uma importância econômica significativa em todo o mundo devido à sua inestimável contribuição para a agricultura e pecuária sustentáveis ​​de várias maneiras7, incluindo alta produção de feno, excelente qualidade nutricional e capacidade de fixação de nitrogênio8. As variedades cultivadas dentro das espécies de alfafa são autotetraploides com genomas quase idênticos9. A alfafa é geralmente mostrada como tolerante à seca devido ao seu sistema radicular profundo que geralmente é pronunciado nos poucos anos seguintes ao plantio10. No entanto, juntamente com a germinação e o crescimento inicial das mudas, o estágio de rebrota da alfafa logo após o corte no ano de plantio é muito vulnerável ao estresse hídrico. Além disso, a alfafa precisa de muito mais água de irrigação em comparação com outras plantas cultivadas, especialmente em áreas áridas, pois é colhida várias vezes e fornece a forragem de maior rendimento em uma estação de crescimento.

Embora tenha havido sucesso parcial no desenvolvimento de novas variedades de alfafa que toleram vários estresses abióticos, incluindo a seca11, progressos muito limitados foram feitos em comparação com outras espécies importantes de cultivo12. Além disso, a identificação de plantas tolerantes ao estresse hídrico por seleção direta depende principalmente da variação genética do material utilizado e do sucesso dos métodos de triagem. Parece ser muito difícil desenvolver novos genótipos de alfafa tolerantes à seca usando o método de cruzamento e triagem existente de uma estreita base genética de alfafa13. Portanto, usamos a mutagênese de sulfonato de etil metano (EMS) para criar uma nova variação genética. A triagem de sementes mutantes M3 no estágio de germinação sob condições in vitro deu vários candidatos tolerantes à seca. Quatro deles também foram reavaliados nos níveis fisiológico, morfológico e transcricional sob condições de déficit hídrico aplicadas por 24 dias após o primeiro corte no estágio de botão floral, que também foi considerado como outro estágio crítico para determinar o desempenho de rebrota da alfafa sob ambos condições de crescimento irrigadas e não irrigadas. Respostas de estresse de seca de mutantes foram comparadas com plantas de controle irrigadas e não irrigadas.