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Publicação
STUDYING THE IMPACT OF HIGH TEMPERATURE ON RICE REPRODUCTION
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Rice (
Oryza sativa L.) is a staple food for over two-thirds of the global population, yet its
productivity is threatened by global warming. Rising temperatures, especially during anthesis,
compromise fertilisation and yield, with an estimated 3% rice grain yield loss per 1ºC increase.
Developing heat-tolerant rice varieties is therefore a priority. Publicly available transcriptomic
data for the heat-tolerant variety Nagina 22 (N22) enabled identification of genes differentially
expressed in pistils during anthesis under heat stress (HS). Selected genes were validated
through controlled HS assays and gene expression analysis by RT-qPCR.
OsWRKY55 andOsPLDalpha4 were selected for knockout due to their lower expression level in N22, as com-
pared with Nipponbare, while
OsWRKY53, a homolog of
OsWRKY55, was included to account
for potential functional redundancy. Using CRISPR-Cas9, rice plants with single-knockouts ofOsWRKY55 and
OsPLDalpha4, and a double-knockout of
OsWRKY53 and
OsWRKY55 were suc-
cessfully generated, all producing truncated proteins with loss of function.
OsYABBY7 andOsLEA17 were selected as upregulated genes in pistils under HS. To further study the function
of all selected genes, their expression profile was assessed in pistil of different rice varieties,
including varieties grown in Portugal, in response to HS at anthesis. Ariete showed expression
patterns potentially associated with higher heat tolerance, while Kitaake demonstrated poten-
tially greater heat-sensitivity. Pistil morphology analysis showed that Ariete, OP2115, and Teti,
may have advantages under HS conditions. Grain yield assay under HS was limited by the se-
verity of the heat treatment, since most rice varieties did not produce seeds. Nevertheless, it
confirmed that N22 is the most HS-tolerant variety, since it was the only one producing seeds.
Altogether, this work allowed us to identify and characterise new genetic targets and to pro-
duce new rice genotypes with potentially higher HS tolerance, providing both fundamental
knowledge and applied strategies to mitigate the HS effects.
O arroz ( Oryza sativa L.) é um alimento básico para mais de dois terços da população mundial, mas a sua produtividade é ameaçada pelo aquecimento global. O aumento das tem- peraturas, especialmente durante a antese, compromete a fertilização e o rendimento, com perda estimada de 3% por cada aumento de 1ºC. Portanto, o desenvolvimento de variedades tolerantes ao calor é uma prioridade. Dados transcriptómicos públicos da variedade tolerante ao calor Nagina 22 (N22) permitiram identificar genes diferencialmente expressos nos pistilos durante a antese, sob stress térmico (ST). Estes foram validados através de ensaios de ST e análise da expressão genética por RT-qPCR. Os genes OsWRKY55 e OsPLDalpha4 foram sele- cionados para knockout devido à sua baixa expressão em N22, comparativamente com Nipponbare, enquanto OsWRKY53, homólogo de OsWRKY55, foi incluído pela possível redun- dância funcional. Utilizando o CRISPR-Cas9, geraram-se knockouts simples de OsWRKY55 eOsPLDalpha4 e um knockout duplo de OsWRKY53 e OsWRKY55, todos produzindo proteínas truncadas com perda de função. OsYABBY7 e OsLEA17 foram selecionados como genes indu- zidos nas mesmas condições. Para caracterizar a função destes genes, os perfis de expressão foram avaliados no pistilo de diferentes variedades, incluindo variedades cultivadas em Portu- gal, em resposta ao ST na antese. Ariete apresentou padrões de expressão associados a maior tolerância, enquanto Kitaake tinha um perfil de sensibilidade. A morfologia do pistilo mostrou que Ariete, OP2115 e Teti podem ter vantagens em condições de ST. O ensaio de rendimento sob ST foi limitado pela severidade do tratamento, já que a maioria das variedades não pro- duziu sementes. Contudo, confirmou que N22 é mais tolerante, sendo a única a produzir se- mentes. No conjunto, este trabalho permitiu identificar e caracterizar novos alvos genéticos e gerar novos genótipos de arroz que poderão ter uma maior tolerância ao calor, fornecendo conhecimentos fundamentais e estratégias aplicadas para mitigar os efeitos do ST.
O arroz ( Oryza sativa L.) é um alimento básico para mais de dois terços da população mundial, mas a sua produtividade é ameaçada pelo aquecimento global. O aumento das tem- peraturas, especialmente durante a antese, compromete a fertilização e o rendimento, com perda estimada de 3% por cada aumento de 1ºC. Portanto, o desenvolvimento de variedades tolerantes ao calor é uma prioridade. Dados transcriptómicos públicos da variedade tolerante ao calor Nagina 22 (N22) permitiram identificar genes diferencialmente expressos nos pistilos durante a antese, sob stress térmico (ST). Estes foram validados através de ensaios de ST e análise da expressão genética por RT-qPCR. Os genes OsWRKY55 e OsPLDalpha4 foram sele- cionados para knockout devido à sua baixa expressão em N22, comparativamente com Nipponbare, enquanto OsWRKY53, homólogo de OsWRKY55, foi incluído pela possível redun- dância funcional. Utilizando o CRISPR-Cas9, geraram-se knockouts simples de OsWRKY55 eOsPLDalpha4 e um knockout duplo de OsWRKY53 e OsWRKY55, todos produzindo proteínas truncadas com perda de função. OsYABBY7 e OsLEA17 foram selecionados como genes indu- zidos nas mesmas condições. Para caracterizar a função destes genes, os perfis de expressão foram avaliados no pistilo de diferentes variedades, incluindo variedades cultivadas em Portu- gal, em resposta ao ST na antese. Ariete apresentou padrões de expressão associados a maior tolerância, enquanto Kitaake tinha um perfil de sensibilidade. A morfologia do pistilo mostrou que Ariete, OP2115 e Teti podem ter vantagens em condições de ST. O ensaio de rendimento sob ST foi limitado pela severidade do tratamento, já que a maioria das variedades não pro- duziu sementes. Contudo, confirmou que N22 é mais tolerante, sendo a única a produzir se- mentes. No conjunto, este trabalho permitiu identificar e caracterizar novos alvos genéticos e gerar novos genótipos de arroz que poderão ter uma maior tolerância ao calor, fornecendo conhecimentos fundamentais e estratégias aplicadas para mitigar os efeitos do ST.
Descrição
Palavras-chave
Rice Heat Stress Anthesis Pistil Gene Expression CRISPR-Cas9