Physiological, agronomic and molecular changes for early and late senescence maize inbred lines under abiotic stresses

Resumen

La senescencia es la etapa final del desarrollo de la hoja y conduce a su muerte. La senescencia puede ser inducida prematuramente por estrés abiótico. La senescencia temprana o la senescencia inducida por estrés abiótico pueden ser indeseables y pueden afectar el crecimiento y rendimiento de las plantas. Existe una variación genética considerable en los patrones de senescencia del maíz. La senescencia tardía o “stay-green” (SG) es un rasgo secundario que permite a las plantas mantener sus hojas verdes y su capacidad de fotosíntesis durante más tiempo después de la floración. Los objetivos de esta tesis se dividieron en dos estudios principales, en primer lugar, la evaluación del efecto del fenotipo SG en los caracteres fenológicos, fisiológicos y agronómicos del maíz (Zea mays L.); y evaluar cómo los estreses abióticos afectan estos caracteres. El segundo objetivo fue identificar genes diferencialmente expresados (DEGs) durante la senescencia para líneas puras de maíz contrastantes para el fenotipo SG, y mostrar cómo cambia su expresión bajo estrés abiótico. El primer objetivo consiste a una evaluación de ocho líneas puras de maíz con diversa expresión de fenotipo SG. El experimento se realizó en 2018 y 2019 en dos locaslidades, con dos repeticiones por ensayo. Los ocho genotipos fueron evaluados bajo dos niveles de agua, con estrés hídrico y condiciones hídricas óptimas; tres niveles de nitrógeno, N1 (0U), N2 (30U) y N3 (90U). El último factor estudiado fue la densidad de plantas, con alta (80000 plant ha-1) y baja densidad de plantas (50000 plant ha-1). Además, para el segundo objeto utilizamos dos genotipos representativos de los genotipos utilizados en el primer objetivo, uno con fenotipo SG y otro con senescencia temprana. Para abordar este objetivo, se realizó un análisis de RNAseq para diferentes muestras recolectadas durante diferentes tiempos de senescencia, a partir de la floración. Para el primer objetivo, el resultado muestra que los genotipos SG tienen un mejor comportamiento para la mayoría de los caracteres medidos. La sequía y el nitrógeno son los factores estresantes más importantes que afectan negativamente la actividad fisiológica de la planta y el rendimiento y promueven la senescencia de las hojas. La densidad de la planta tiene un efecto positivo para la biomasa máxima y el rendimiento de grano, sin embargo, puede reducir el rendimiento de la planta individual y afectar la calidad del grano. En el segundo objetivo de la expresión de genes, el resultado revela que varios genes se activan o reprimen durante el período de senescencia. Estos genes fueron activados o reprimidos antes para el genotipo de senescencia temprana, y retrasaron esta expresión para el genotipo con senescencia tardía. También identificamos la expresión de algunos genes específicos correspondientes a cada estrés abiótico o estreses combinados. Los genes que retrasan su expresión estaban involucrados principalmente en la fotosíntesis, diferentes procesos de biosíntesis y metabolismo. Mientras que los genes que incrementaron su expresión participan en el proceso de degradación y catabolismo, y en diferentes procesos de estímulo bajo estrés abiótico. Además, durante el proceso de senescencia y bajo diferentes estreses abióticos, se detectó la expresión de diferentes factores de transcripción relacionados con la senescencia y la respuesta al estrés abiótico. Del resultado anterior de estos estudios, podemos concluir que la senescencia foliar estaba bajo control genético y puede verse afectada por diferentes estreses abióticos, que pueden afectar negativamente la fisiología y el rendimiento de la planta. Retrasar la senescencia de las hojas puede ser una característica útil para mantener la actividad fisiológica de la planta durante más tiempo para aumentar la biomasa y el rendimiento de grano.