Análisis integrado de GWAS y transcriptómica revela la base genética y molecular de la tolerancia a bajo nitrógeno en plántulas de maíz
Autores: Wang, Fang; Jia, Luhui; Zhong, Zhiming; Zhuang, Zelong; Jin, Bingbing; Ji, Xiangzhuo; Bai, Mingxing; Peng, Yunling
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Nitrógeno
Maíz
Mecanismos genéticos
Tolerante a bajo nitrógeno
GWAS
RNA-seq
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 10
Citaciones: Sin citaciones
El nitrógeno es un nutriente esencial para el crecimiento y desarrollo del maíz (L.), y la deficiencia de nitrógeno en el suelo es un factor importante que limita el rendimiento del maíz. Aunque la aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados puede aumentar el rendimiento, también puede causar problemas ambientales. Por lo tanto, la selección de recursos de germoplasma tolerantes a bajos niveles de nitrógeno (LNT) y el análisis de sus mecanismos genéticos son de gran importancia para el desarrollo de una agricultura eficiente y respetuosa con el medio ambiente. En este estudio, se utilizaron 201 líneas inbred de maíz como materiales. Se establecieron dos niveles de nitrógeno bajo (LN) (0.05 mmol/L, N1) y nitrógeno normal (4 mmol/L, N2). Se midieron indicadores fenotípicos como la longitud de plántula, la longitud de raíz y la biomasa, y se clasificaron en tipo LNT (18 muestras), tipo sensible al nitrógeno (NS) (27 muestras) y tipo intermedio (156 muestras). Se detectaron un total de 47 loci SNP significativos a través de un estudio de asociación a nivel genómico (GWAS), y se predijeron 36 genes candidatos. El análisis de secuenciación de transcriptomas (RNA-seq) reveló que los genes diferencialmente expresados (753 regulados al alza y 620 regulados a la baja) en materiales LNT bajo estrés por nitrógeno bajo (LNS) fueron significativamente menos que los de materiales NS (2436 regulados al alza y 2228 regulados a la baja). Un análisis adicional utilizando WGCNA identificó un total de ocho módulos de coexpresión. Entre ellos, el módulo rojo estaba significativamente correlacionado con la longitud de raíz y el peso fresco subterráneo en condiciones de LN (r = 0.75), y se seleccionaron tres genes clave para la respuesta al estrés. Combinando GWAS, RNA-seq y verificación por qRT-PCR, se determinaron finalmente ocho genes candidatos estrechamente relacionados con LNT en la etapa de plántula del maíz, involucrando procesos biológicos como la respuesta al estrés, el metabolismo del nitrógeno y la formación de sustancias. Este estudio reveló inicialmente el mecanismo molecular de la tolerancia del maíz a LN a través de un análisis multi-óptico, proporcionando una base teórica y recursos genéticos para la obtención de nuevas variedades de maíz eficientes en nitrógeno.
Descripción
El nitrógeno es un nutriente esencial para el crecimiento y desarrollo del maíz (L.), y la deficiencia de nitrógeno en el suelo es un factor importante que limita el rendimiento del maíz. Aunque la aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados puede aumentar el rendimiento, también puede causar problemas ambientales. Por lo tanto, la selección de recursos de germoplasma tolerantes a bajos niveles de nitrógeno (LNT) y el análisis de sus mecanismos genéticos son de gran importancia para el desarrollo de una agricultura eficiente y respetuosa con el medio ambiente. En este estudio, se utilizaron 201 líneas inbred de maíz como materiales. Se establecieron dos niveles de nitrógeno bajo (LN) (0.05 mmol/L, N1) y nitrógeno normal (4 mmol/L, N2). Se midieron indicadores fenotípicos como la longitud de plántula, la longitud de raíz y la biomasa, y se clasificaron en tipo LNT (18 muestras), tipo sensible al nitrógeno (NS) (27 muestras) y tipo intermedio (156 muestras). Se detectaron un total de 47 loci SNP significativos a través de un estudio de asociación a nivel genómico (GWAS), y se predijeron 36 genes candidatos. El análisis de secuenciación de transcriptomas (RNA-seq) reveló que los genes diferencialmente expresados (753 regulados al alza y 620 regulados a la baja) en materiales LNT bajo estrés por nitrógeno bajo (LNS) fueron significativamente menos que los de materiales NS (2436 regulados al alza y 2228 regulados a la baja). Un análisis adicional utilizando WGCNA identificó un total de ocho módulos de coexpresión. Entre ellos, el módulo rojo estaba significativamente correlacionado con la longitud de raíz y el peso fresco subterráneo en condiciones de LN (r = 0.75), y se seleccionaron tres genes clave para la respuesta al estrés. Combinando GWAS, RNA-seq y verificación por qRT-PCR, se determinaron finalmente ocho genes candidatos estrechamente relacionados con LNT en la etapa de plántula del maíz, involucrando procesos biológicos como la respuesta al estrés, el metabolismo del nitrógeno y la formación de sustancias. Este estudio reveló inicialmente el mecanismo molecular de la tolerancia del maíz a LN a través de un análisis multi-óptico, proporcionando una base teórica y recursos genéticos para la obtención de nuevas variedades de maíz eficientes en nitrógeno.