Según la Academia de Ciencias de China, el 22 de noviembre, el Grupo de Investigación Chao Daiyin del Centro de Excelencia en Ciencia Molecular de Plantas de la Academia de Ciencias de China y el Grupo de Investigación Tian Zhixi del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo publicaron una publicación en línea. en Current Biology titulado Las variantes naturales de los transportadores de molibdato contribuyen a las características de rendimiento de la soja mediante artículos de investigación que afectan la síntesis de auxinas. En este estudio, se clonaron dos genes clave que regulan la variación natural del contenido de molibdeno en los granos de soja, GmMOT1.1 y GmMOT1.2, mediante un análisis de asociación de todo el genoma. Los resultados mostraron que estos dos genes aumentaron el área fotosintética de las hojas de soja al promover la síntesis de auxinas dependiente de molibdeno en las hojas de soja, aumentando así el rendimiento de la soja. Además, el estudio también encontró que los dos genes tienen cinco haplotipos, y la distribución geográfica de estos haplotipos está estrechamente relacionada con el pH del suelo, lo que puede proporcionar marcadores moleculares para el mejoramiento personalizado de soja adaptado a diferentes tipos de suelo.
El molibdeno (Mo) es un oligoelemento indispensable en el crecimiento de las plantas y desempeña un papel importante en varios procesos biológicos. Para las leguminosas, el fertilizante de molibdeno es especialmente importante. En la producción agrícola, a menudo es necesario aumentar el potencial de producción de los cultivos de leguminosas mediante la aplicación de fertilizantes foliares de molibdeno. En general, se cree que la demanda ultraalta de fertilizantes de molibdeno en las leguminosas está relacionada con la alta demanda de molibdeno en el proceso de fijación biológica de nitrógeno de las leguminosas. Sin embargo, esta teoría entra en conflicto con la necesidad de rociar fertilizante de molibdeno sobre las hojas durante la producción. Esto se debe al hecho de que la fijación de nitrógeno en los nódulos ocurre en las raíces, pero no hay informes de transporte de nutrientes minerales desde las hojas a las raíces en las plantas. Por lo tanto, puede haber un mecanismo desconocido por el cual el fertilizante foliar de molibdeno promueve la producción.
La soja es uno de los principales cultivos y es la principal fuente de proteínas y aceite para el ser humano. Sin embargo, no está claro si existen variaciones naturales en la capacidad de las diferentes variedades de soja para absorber y utilizar molibdeno, cómo estas variaciones afectan la producción de soja y cómo se pueden explotar estas variaciones.
En este estudio, clonamos dos genes que regulan la variación natural del contenido de molibdeno en la soja, GmMOT1.1 y GmMOT1.2, utilizando análisis iónicos y de asociación de todo el genoma. Mediante análisis adicionales, se descubrió que la cepa de soja natural contenía cinco haplotipos principales de GmMOT1.1 y GmMOT1.2. Entre ellos, el nivel de expresión y la capacidad de transporte de molibdeno del quinto haplotipo fueron los más altos en la soja, mientras que el nivel de expresión y la capacidad de transporte de molibdeno del haplotipo 4 fueron los más bajos. Una serie de experimentos genéticos y moleculares demostraron que GmMOT1.1 y GmMOT1.2 estaban involucrados en la absorción de molibdeno por las raíces de la soja y en el transporte de molibdeno desde los brotes hasta las raíces. Cuando la función de GmMOT1.1 y GmMOT1.2 disminuyó, el contenido de molibdeno y el rendimiento de los mutantes se redujeron significativamente, mientras que la mejora de GmMOT1.1 pudo aumentar significativamente el contenido de molibdeno y el rendimiento de la soja. Por lo tanto, estos dos genes regularon el contenido de molibdeno en los brotes de soja y afectaron aún más el rendimiento de la soja.
El estudio mostró que GmMOT1.1 y GmMOT1.2 no afectaron la capacidad de fijación de nitrógeno de los nódulos de las raíces, ni afectaron otros procesos de asimilación de nitrógeno. El contenido de auxinas de las hojas cambió significativamente en los mutantes que sobreexpresaban GmMOT1.1 y GmMOT1.2. Entre ellos, el contenido de auxinas en las hojas del mutante disminuyó significativamente, mientras que el contenido de auxinas en las hojas de las líneas sobreexpresadas aumentó. Además, los resultados mostraron que había una aldehído oxidasa unida a molibdeno en las hojas de soja, que podía catalizar la síntesis de indol-3-acetaldehído (IAAld) a partir del ácido auxina indol-3-acético (IAA), pero la actividad catalítica dependía de el contenido de molibdeno. Por lo tanto, cuando las funciones de GmMOT1.1 y GmMOT1.2 se hicieron más fuertes, el contenido de molibdeno en las hojas aumentó, lo que promovió la síntesis de auxinas y el crecimiento de las hojas, lo que a su vez aumentó el rendimiento de la soja. Esto explica por qué se pueden aumentar los rendimientos de la soja en la agricultura pulverizando fertilizante de molibdeno directamente de las hojas.
Además, el estudio también encontró que existía una estrecha asociación entre la distribución de diferentes haplotipos de los dos genes en diferentes áreas de cultivo en China y el pH del suelo. Los haplotipos altamente funcionales se distribuyeron principalmente en áreas de suelos ácidos con bajo contenido de molibdeno, mientras que los haplotipos débilmente funcionales se distribuyeron más en áreas de suelos alcalinos con alto contenido de molibdeno, lo que indica que los dos fueron seleccionados artificialmente. Esto sugiere que estos dos genes pueden usarse para diseñar marcadores moleculares para el desarrollo de variedades personalizadas de soja de alto rendimiento adaptadas a suelos con diferentes niveles de pH.
Este estudio reveló el mecanismo genético de la variación natural del contenido de molibdeno en los granos de soja, aclaró el principio del fertilizante de molibdeno en cultivos de leguminosas y exploró los marcadores moleculares del mejoramiento de la soja personalizados según el pH del suelo, lo que proporcionó una base científica para optimizar aún más la siembra de soja. y estrategias de mejoramiento y cultivo de variedades de soja nutricionalmente eficientes.
