Identificación de factores de transcripción de Solanum lycopersicum L. implicados en la eficiencia en el uso del nitrógeno

Abstract

[ES] La eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) es un carácter agronómico complejo que engloba diferentes procesos fisiológicos como la captación de N, asimilación, almacenamiento, removilización y partición entre órganos. En la actualidad, con el fin de minimizar los requerimientos de fertilizantes nitrogenados manteniendo la producción, es necesario del desarrollo de cultivares con elevada NUE en condiciones de limitación de N. Estas reducciones requeridas implican cambios en el metabolismo y la fisiología de la planta, que están regulados a nivel de transcripción y traducción de los genes implicados. En respuesta a la deficiencia de N, se han identificado redes de factores de transcripción (FTs) en diferentes especies. Entre ellos, factores como NLP6/7, TCP20 o TGA1/4 controlan genes implicados en la captación, asimilación y metabolismo de N. Un mejor conocimiento de los FTs relacionados con la NUE permitiría optimizar los programas de mejora de los diferentes cultivos.

El tomate (Solanum lycopersicum L.) es unos de los principales cultivos hortícolas a nivel mundial y también especie modelo en plantas con fruto carnoso. Aunque se están llevando a cabo avances en la fisiología de la NUE, se conoce muy poco sobre su regulación transcripcional. En un trabajo previo del grupo, se identificaron varios FTs que aumentaban su expresión en tomate Moneymaker, en condiciones de limitación del aporte de N, sugiriendo que podían estar implicados en las respuestas relacionadas con la NUE. En el presente trabajo, se pretende estudiar la expresión de varios de estos FTs en cultivares de tomate con alta y baja NUE para identificar aquellos que puedan estar mas relacionados con el control de este parámetro, tanto en condiciones de aporte suficiente como limitante de N.

[EN] The growing demand for food from the world's exponentially growing population and the emergence of climate change make it necessary to maximize agricultural production under sustainable conditions. Currently, only 47% of the nitrogen provided by fertilization is assimilated by crops. This practice continuously pollutes the geosphere, hydrosphere and atmosphere, with serious consequences for the environment, such as the loss of water health and aquatic biodiversity, as well as the increase in greenhouse gases and global warming. Global data collected by FAO deny the existence of a direct relationship between fertilization and agricultural yield and highlight the need to prioritize improving the nitrogen use efficiency (NUE) of intensively cultivated species as the only sustainable pathway to superior agricultural yield. Physiological knowledge of NUE is restricted to a few species, mainly Arabidopsis thaliana. In tomato, one of the main horticultural species worldwide, this knowledge is scarce. The present work aims to analyze the relationship of the transcription factors NLP9 and TGA4, described in A. thaliana, for their role in the primary response to nitrate, with the tomato response to nitrogen deficiency. With this objective, its expression was analyzed by RT-qPCR in four entries of the germplasm bank (MM, CV32, CV70 and CV82) of the COMAV with differences in the NUE and production, after its cultivation in two levels of nitrogen fertilization, sufficient (100 N) and limiting (50 N) nitrogen supply. Likewise, the vegetative growth of the cultivars was evaluated, through the analysis of biomass, height, photosynthetic parameters (Fv/Fm and ΦPSII) and SPAD, to study their relationship with the differential expression of NLP9 and TGA4 between the two levels of fertilization. The different cultivars studied vary in the response to the limitation in nitrogen input. The MM and CV82 cultivars showed a smaller decrease in vegetative growth, while the CV32 cultivar was more affected by nitrogen deficiency. Great variation has been observed in the expression of the TGA4 and NLP9 genes between cultivars, and in response to nitrogen deficiency. No relationship has been observed between the expression of the NLP9 gene with biomass or the NUE of plants. Nitrogen induction of TGA4 has been observed in cultivars with higher NUE in production, MM and CV70, which could suggest its involvement in the processes involved in NUE and the possibility of using this gene as a marker for the selection of genotypes with superior NUE. Likewise, its expression has been related, at the environmental level, to the increase in the biomass of these cultivars.