Copyright 2009 Accademia dei Georgofili
Lo stress idrico durante la fase di riempimento delle cariossidi ha un marcato effetto sulla produzione poiché determina una riduzione del numero delle cellule dell’endosperma e, di conseguenza, della capacità di accumulare sostanza secca. In questo lavoro per osservare la risposta molecolare in frumento e la sua correlazione con la presenza o assenza di determinate regioni cromosomiche, è stata condotta una analisi dei profili trascrizionali su tre genotipi: un frumento tenero (Chinese Spring – CS), una sua linea di delezione (CS_5AL-10) e un frumento duro (Creso). L’analisi del trascrittoma fra le due specie ha messo in evidenza 8552 probe sets con livelli di espressione significativamente differenti. Lo stress idrico, invece, ha causato la variazione di espressione di 3056 probe sets. Fra questi è stato possibile individuare gruppi di geni con andamenti di espressione simili fra i tre genotipi. Tuttavia altri gruppi hanno mostrato comportamenti differenti a seconda della struttura genomica di Creso, CS e CS_5AL-10. Inoltre l’approccio dell’analisi di espressione fra genotipi con struttura genomica differente ha permesso di identificare geni posizionati sul genoma D e sul braccio lungo del cromosoma 5A, successivamente verificati tramite PCR. L’analisi funzionale dei geni differenzialmente espressi in condizione di stress idrico ha evidenziato che geni appartenenti alle vie metaboliche dell’ABA, prolina, glicin-betaina e del sorbitolo sono indotti da carenza idrica. Allo stesso modo sono stati identificati una serie di sequenze correlate con trasposoni e retrotrasposoni che si attivano solo nella linea di delezione e in seguito a moderati stress idrici.
Water stress during grain filling has a marked effect on grain yield, leading to a reduced endosperm cell number and thus sink capacity to accumulate dry matter. The bread wheat cultivar Chinese Spring (CS), a Chinese Spring terminal deletion line (CS_5AL-10) and the durum wheat cultivar Creso were subjected to transcriptional profiling after exposure to mild and severe drought stress at the grain filling stage to find evidences of differential stress responses associated to different wheat genome regions. The transcriptome analysis of Creso, CS and its deletion line revealed 8,552 non redundant probe sets with different expression levels, mainly due to the comparisons between the two species. The drought treatments modified the expression of 3,056 probe sets. Besides a set of genes showing a similar drought response in Creso and CS, cluster analysis revealed several drought response features that can be associated to the different genomic structure of Creso, CS and CS_5AL-10. Some drought-related genes were expressed at lower level (or not expressed) in Creso (which lacks the D genome) or in the CS_5AL-10 deletion line compared to CS. The chromosome location of a set of these genes was confirmed by PCR-based mapping on the D genome (or the 5AL-10 region). Many clusters were characterized by different level of expression in Creso, CS and CS_AL-10, suggesting that the different genome organization of the three genotypes may affect plant adaptation to stress. Clusters with similar expression trend were grouped and functional classified to mine the biological mean of their activation or repression. Genes involved in ABA, proline, glycine-betaine and sorbitol pathways were found up-regulated by drought stress. Furthermore, the enhanced expression of a set of transposons and retrotransposons was detected in CS_5AL-10. Bread and durum wheat genotypes were characterized by a different physiological reaction to water stress and by a substantially different molecular response. The genome organization accounted for differences in the expression level of hundreds of genes located on the D genome or controlled by regulators located on the D genome. When a genomic stress (deletion of a chromosomal region) was combined with low water availability, a molecular response based on the activation of transposons and retrotransposons was observed.
