De acordo com a Academia Chinesa de Ciências, em 22 de novembro, o Grupo de Pesquisa Chao Daiyin do Centro de Excelência em Ciência Molecular de Plantas da Academia Chinesa de Ciências e o Grupo de Pesquisa Tian Zhixi do Instituto de Genética e Biologia do Desenvolvimento publicaram uma publicação online em Biologia Atual intitulada Variantes naturais de transportadores de molibdato contribuem para características de rendimento da soja por Artigos de pesquisa que afetam a síntese de auxina. Neste estudo, dois genes-chave que regulam a variação natural do teor de molibdênio em grãos de soja, GmMOT1.1 e GmMOT1.2, foram clonados através de análise de associação genômica ampla. Os resultados mostraram que esses dois genes aumentaram a área fotossintética das folhas da soja, promovendo a síntese de auxina dependente de molibdênio nas folhas da soja, aumentando assim o rendimento da soja. Além disso, o estudo também descobriu que os dois genes possuem cinco haplótipos, e a distribuição geográfica desses haplótipos está intimamente relacionada ao pH do solo, o que pode fornecer marcadores moleculares para o melhoramento customizado da soja adaptado a diferentes tipos de solo.
O molibdênio (Mo) é um oligoelemento indispensável no crescimento das plantas e desempenha um papel importante em diversos processos biológicos. Para as leguminosas, o fertilizante de molibdênio é particularmente importante. Na produção agrícola, muitas vezes é necessário aumentar o potencial de produção das leguminosas através da aplicação de fertilizante foliar de molibdênio. Acredita-se geralmente que a demanda ultra-alta por fertilizante de molibdênio em leguminosas está relacionada à alta demanda por molibdênio no processo de fixação biológica de nitrogênio em leguminosas. No entanto, esta teoria entra em conflito com a necessidade de borrifar fertilizante de molibdênio nas folhas durante a produção. Isso se deve ao fato de que a fixação de nitrogênio nos nódulos ocorre nas raízes, mas não há relatos de transporte de nutrientes minerais das folhas para as raízes nas plantas. Portanto, pode haver um mecanismo desconhecido para a causa do fertilizante foliar de molibdênio para promover a produção.
A soja é uma das principais culturas e a principal fonte de proteína e óleo para o homem. No entanto, não está claro se existem variações naturais na capacidade das diferentes variedades de soja de absorver e utilizar molibdênio, como essas variações afetam a produção de soja e como essas variações podem ser exploradas.
Neste estudo, clonamos dois genes que regulam a variação natural do teor de molibdênio na soja, GmMOT1.1 e GmMOT1.2, utilizando análise de ionômica e de associação genômica ampla. Através de análises adicionais, descobriu-se que a cepa natural de soja continha cinco haplótipos principais de GmMOT1.1 e GmMOT1.2. Entre eles, o nível de expressão e a capacidade de transporte de molibdênio do quinto haplótipo foram os mais altos na soja, enquanto o nível de expressão e a capacidade de transporte de molibdênio do haplótipo 4 foram os mais baixos. Uma série de experimentos genéticos e moleculares mostraram que GmMOT1.1 e GmMOT1.2 estavam envolvidos na absorção de molibdênio pelas raízes da soja e no transporte de molibdênio dos brotos pelas raízes. Quando a função de GmMOT1.1 e GmMOT1.2 diminuiu, o teor de molibdênio e o rendimento dos mutantes foram significativamente reduzidos, enquanto o aumento de GmMOT1.1 poderia aumentar significativamente o teor de molibdênio e o rendimento da soja. Portanto, esses dois genes regularam o teor de molibdênio na parte aérea da soja e afetaram ainda mais o rendimento da soja.
O estudo mostrou que GmMOT1.1 e GmMOT1.2 não afetaram a capacidade de fixação de nitrogênio dos nódulos radiculares, nem afetaram outros processos de assimilação de nitrogênio. O conteúdo de auxina das folhas foi significativamente alterado em mutantes e superexpressando GmMOT1.1 e GmMOT1.2. Entre eles, o teor de auxina nas folhas do mutante diminuiu significativamente, enquanto o teor de auxina nas folhas das linhagens superexpressas aumentou. Além disso, os resultados mostraram que havia uma aldeído oxidase ligada ao molibdênio nas folhas de soja, que poderia catalisar a síntese de indol-3-acetaldeído (IAAld) a partir do ácido auxina indol-3-acético (IAA), mas a atividade catalítica dependia de o conteúdo de molibdênio. Portanto, quando as funções de GmMOT1.1 e GmMOT1.2 se tornaram mais fortes, o teor de molibdênio nas folhas aumentou, o que promoveu a síntese de auxina e o crescimento das folhas, o que por sua vez aumentou o rendimento da soja. Isto explica por que a produtividade da soja pode ser aumentada na agricultura através da pulverização de fertilizante de molibdênio diretamente das folhas.
Além disso, o estudo também descobriu que havia uma estreita associação entre a distribuição de diferentes haplótipos dos dois genes em diferentes áreas de cultivo na China e o pH do solo. Os haplótipos altamente funcionais foram distribuídos principalmente em áreas de solo ácido com baixo teor de molibdênio, enquanto os haplótipos fracamente funcionais foram mais distribuídos em áreas de solo alcalino com alto teor de molibdênio, indicando que os dois foram selecionados artificialmente. Isto sugere que esses dois genes podem ser usados para projetar marcadores moleculares para o desenvolvimento de variedades customizadas de soja de alto rendimento, adaptadas a solos com diferentes níveis de pH.
Este estudo revelou o mecanismo genético da variação natural do teor de molibdênio nos grãos de soja, esclareceu o princípio da fertilização com molibdênio nas leguminosas e explorou os marcadores moleculares do melhoramento da soja customizados de acordo com o pH do solo, o que forneceu uma base científica para otimizar ainda mais o plantio da soja. e estratégias de melhoramento e cultivo de variedades de soja nutricionalmente eficientes.
