Transcriptional profile of maize roots under acid soil growth

Resumo

ResumoBackgroundToxicicidade por Al é um dos mais importantes fatores limitantes da produtividade de diversas culturas ao redor do mundo. O sintoma primário da intoxicação por Al é a inibição do crescimento radicular o que causa a baixa absorção de água e nutrientes. A tolerância ao Al tem sido extensivamente estudado com o uso de experimentos hidropônicos. Entretanto, diferentemente da condição em solo, esse método não permite a manutenção de todos os componentes necessários para o crescimento e desenvolvimento radicular ideal. No presente estudo nós cultivamos dois genótipos de milho com contrastante tolerância ao Al em solo contendo níveis tóxicos de Al e assim, comparamos as suas respostas transcriptômicas.ResultadosQuando cultivadas em solo ácido contendo níveis tóxicos de Al, o genótipo Al-sensível, (S1587-17) demonstrou maior inibição do crescimento radicular, maior acumulação de Al e maior deposição de calose nos ápices radiculares em comparação ao genótipo tolerante (Cat100-6). O perfil transcriptômico revelou maior número de genes diferencialmente expressos na S1587-17 cultivadas em solo ácido, provavelmente devido a efeitos secundários da intoxicação por Al. Genes envolvidos na biossíntese de ácidos orgânicos, que são frequentemente associados com resposta de tolerância ao Al, não foram diferencialmente expressos nos dois genótipos após exposição ao solo ácido. Entretanto, genes relacionados com a biossíntese de auxina, etileno e lignin foram regulados positivamente no genótipo Al-sensível, indicando que essas vias podem estar associadas com a inibição do crescimento radicular.Através da comparação dos dois genótipos, foi possível descobrir genes regulados positivamente apenas na variedade Al-tolerante e que também apresentaram valores absolutos maiores do que aqueles apresentados pela variedade Al-sensível. Esses genes codificam para um lípase hidrolase, uma retinol desidrogenase, uma proteína rica em glicina, um membro da família de fatores de transcrição WRKY e duas proteínas desconhecidas.ConclusãoEsse trabalho permitiu a primeira caracterização da resposta fisiológica e transcricional de raízes de milho quando cultivadas em solo ácido com níveis tóxicos de Al. O transcriptoma permitiu a identificação de diversas vias metabólicas relacionadas com a toxicidade do Al e sua tolerância durante o crescimento em solo ácido. Nós descobrimos diversos genes que não foram previamente encontrados em estudos com experimentos em hidroponia, aumentando assim o nosso entendimento da reposta das plantas ao solo ácido. O uso de dois germoplasmas com marcada diferença à tolerância ao Al permitiu a identificação de genes que são valiosas ferramentas para desvendar os mecanismos da tolerância do milho ao Al em solo ácido. (AU)