Roluri Analiză formală, Scriere - proiect original

rate

Afilieri Vetagrosup, campus agronomique, Lempdes, Franța, GDEC, INRA, UCA, Clermont-Ferrand, Franța

Scrierea rolurilor - recenzie și editare

Afiliere GDEC, INRA, UCA, Clermont-Ferrand, Franța

Scrierea rolurilor - recenzie și editare

Afiliere GDEC, INRA, UCA, Clermont-Ferrand, Franța

A contribuit în mod egal la această lucrare cu: Agnès Piquet-Pissaloux, Jacques Le Gouis

Roluri Achiziție finanțare, Supraveghere

Afilieri Vetagrosup, campus agronomique, Lempdes, Franța, GDEC, INRA, UCA, Clermont-Ferrand, Franța

A contribuit în mod egal la această lucrare cu: Agnès Piquet-Pissaloux, Jacques Le Gouis

Roluri de supraveghere, scriere - recenzie și editare

Afiliere GDEC, INRA, UCA, Clermont-Ferrand, Franța

  • Nadège Baillot,
  • Christine Girousse,
  • Vincent Allard,
  • Agnès Piquet-Pissaloux,
  • Jacques Le Gouis

Cifre

Abstract

Citare: Baillot N, Girousse C, Allard V, Piquet-Pissaloux A, Le Gouis J (2018) Diferite rate de umplere a cerealelor explică diferențele de greutate a cerealelor de-a lungul spicul de grâu. PLoS ONE 13 (12): e0209597. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0209597

Editor: Aimin Zhang, Institutul de Genetică și Biologie a Dezvoltării Academia Chineză de Științe, CHINA

Primit: 31 august 2018; Admis: 9 decembrie 2018; Publicat: 31 decembrie 2018

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în manuscris și în fișierele sale de informații suport.

Finanțarea: Această lucrare a fost finanțată de direcția generală pentru educație și cercetare și consiliul regional Auvergne.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Randamentul cerealelor de grâu pentru pâine (Triticum aestivum L.) poate fi descompus în două componente principale: (i) numărul de boabe pe metru pătrat, care se determină înainte de anteze și (ii) greutatea miilor de boabe (TGW), care este determinată în timpul umplerii cerealelor. Deși numărul de cereale pe metru pătrat a fost identificat ca principalul factor de variație a randamentului [1, 2], este urgentă necesitatea de a înțelege mai bine sursele de variație ale TGW, deoarece schimbările climatice pot duce la creșteri ale stresului abiotic în timpul umplerii cerealelor (de ex. [3, 4]).

TGW este, în general, calculată la scara unei parcele și reprezintă media multor greutăți individuale ale boabelor. Cu toate acestea, există o variabilitate largă în greutatea individuală a boabelor și această variabilitate are implicații asupra valorii comerciale [5]. S-a propus că o parte din îmbunătățirea genetică a TGW se poate baza pe o variabilitate genetică presupusă asociată cu distribuția individuală a greutății cerealelor în ureche [6]. Pentru a urmări o strategie de îmbunătățire genetică a TGW bazată pe variația greutății individuale a cerealelor, este necesară o mai bună înțelegere a mecanismelor ecofiziologice asociate acestei variații.

Greutatea finală a cerealelor este determinată în timpul umplerii cerealelor, de la anteză până la maturitate. Se consideră că umplerea boabelor are loc în timpul a trei faze secvențiale ale dezvoltării boabelor: diviziunea celulară, acumularea de substanță uscată a boabelor și maturarea și deshidratarea boabelor [7]. În timp ce cinetica umplerii cerealelor a fost descrisă pentru mai multe specii, există încă dezbateri dacă principalul factor pentru diferența finală de greutate a cerealelor este durata umplerii cerealelor sau rata de umplere a cerealelor. Unii autori au observat corelații puternice între greutatea boabelor finale și durata dezvoltării boabelor - la porumb [8, 9] și la grâul dur [10]. În schimb, pentru meiul de perle [11], orezul [12] și grâul de pâine [13, 14, 15, 16], diferențele în greutatea finală a boabelor au fost atribuite diferențelor în rata de umplere a boabelor.

O slăbiciune a unora dintre aceste studii este că s-au concentrat pe cereale specifice, situate în general în partea centrală a urechii. Acestea nu au luat în considerare variabilitatea dezvoltării în interiorul urechii și efectele posibile ale unei distribuții asociate greutății cerealelor. După cum sa menționat deja, există o variabilitate semnificativă în greutatea individuală a boabelor în ureche. Această variabilitate provine din doi gradienți diferiți. În primul rând, este în general adevărat că spicele din partea centrală a urechii tind să poarte boabe mai grele decât cele din părțile bazale și apicale [17, 18, 19, 20]. În al doilea rând, s-au observat diferențe și la compararea boabelor proximale și distale într-o spiculă [6, 15, 21]. În spikelet, gradientul de greutate a bobului este, de asemenea, o chestiune de incertitudine. Unii autori raportează că al doilea bob dintr-o spiculă este mai greu decât bobul proximal și, de asemenea, decât cele mai distale [13, 16, 17, 19, 20, 21, 22]. În schimb, Herzog și Stamp [20] au descoperit că bobul proximal este în general mai greu decât cel din a doua poziție într-o spiculă, în timp ce Feng și colab. [6] nu au raportat diferențe semnificative de greutate între aceste poziții. Cu toate acestea, majoritatea studiilor de mai sus au fost în mare parte descriptive și nu au propus procese candidate care ar putea explica diferențele observate în greutatea boabelor.

Astfel, deși literatura oferă informații bune cu privire la variabilitatea spațială a greutății individuale a boabelor în ureche și cu privire la dinamica de creștere a boabelor specifice, lipsește analize mai detaliate ale dinamicii de creștere a boabelor în diferite regiuni ale urechii și a spiculetului. Doar câteva studii încearcă acest lucru [15, 18, 20], dar metodele nu au permis efectuarea unei comparații statistice solide a parametrilor cinetici ai boabelor în diferitele părți ale urechii.

Obiectivul nostru a fost de a identifica factorii care determină variația greutății individuale a bobului atât de-a lungul urechii, cât și în interiorul spiculului, măsurând patru trăsături majore: calendarul antesei floretului, greutatea carpelului la anteză și rata și durata dezvoltării bobului. Pentru a face acest lucru, am caracterizat dinamica de creștere a boabelor situate în diferite părți ale urechii, folosind două soiuri de grâu de pâine cultivat în seră.

Materiale și metode

Proiectare experimentală

Am selectat două soiuri de grâu de iarnă înregistrate în Franța despre care se știe că diferă în ceea ce privește producția de cereale și componentele sale dintr-un experiment de teren efectuat în 2014 în Clermont-Ferrand, Franța (tabelul S1). Primul, Apache, se caracterizează prin prezența unor valori mai mari pentru randamentul de cereale, numărul de urechi pe plantă, numărul de granule pe ureche și numărul de spiculete pe ureche decât al doilea, Renan, care se caracterizează prin valori mai mari pentru TGW.

Experimentul a fost realizat într-o seră între ianuarie și iulie 2017 la INRA, Clermont-Ferrand (45 ° 78 'N, 3 ° 08' E, 401 m s.a.). La două săptămâni după germinare, plantele au fost vernalizate timp de opt săptămâni la 5 ° C înainte de transplant. Trei plante din același soi au fost transplantate în ghivece de plastic de 4 L (18,8 cm diametru × 21,8 cm înălțime) umplute cu un compost îmbogățit cu 2,5 kg m -3 de îngrășământ 9-12-16 (N-P-K) și fier (Fe).

Plantele au fost cultivate la temperaturi regulate ale aerului zi/noapte de 18/15 ° C și sub lumină naturală suplimentată la o fotoperioadă de 16 ore de lumină naturală folosind lămpi cu vapori de sodiu de 400 W. Apa și soluția nutritivă au fost furnizate în exces de două ori pe zi. De la transplant la maturitate, temperatura aerului, umiditatea relativă și radiațiile fotosintetice active (PAR) au fost înregistrate la fiecare cincisprezece minute folosind opt date CR 1000 (Campbell Scientific, Logan, UT, SUA) plasate uniform în seră pentru a surprinde orice gradient de mediu supus. Datele de mediu din timpul experimentului sunt prezentate în S1 Fig.

Procesul a fost aranjat într-un design de bloc, fiecare dintre cele patru blocuri constând din 52 de ghivece (26 de ghivece pe cultivar).

Prelevarea și măsurarea plantelor

Timp de înflorire de-a lungul urechii.

Zece plante pe soi cu același număr de spiculete pe tulpinile lor principale (n = 22 pentru Apache și n = 20 pentru Renan) luate din cele patru blocuri au fost reținute pentru a studia timpii de înflorire ai diferitelor flori în funcție de pozițiile spiculetelor. în urechi și a floretelor din spiculete. Timpul de înflorire al fiecărui floret a fost înregistrat ca atunci când au fost extrudate cele trei antere. Poziția fiecărei spiculete în ureche a fost înregistrată prin numerotare secvențială de la bază la vârf. Într-o spiculă, primul floret a fost cel mai apropiat de rahis și ultimul (al 3-lea sau al 4-lea în funcție de soi) a fost cel mai îndepărtat.

Pentru a permite comparația între urechi, timpul de înflorire al fiecărui floret a fost standardizat exprimându-l ca o diferență termică de timp (° C zile; temperatura de bază 0 ° C) în raport cu timpul de înflorire al celui mai timpuriu floret al urechii. Aceste valori au fost calculate în medie pe cele zece replici (zece urechi pe soi).

Acumularea de substanță uscată a cerealelor.

În timpul încărcării, a fost identificată și etichetată freza principală a fiecărei plante. La apariția urechii, a fost înregistrat numărul de spiculete pentru fiecare ureche marcată. Pentru a minimiza variabilitatea legată de variația mărimii urechii, doar plantele care au afișat numărul mediu de spiculete pe arborele principal pentru fiecare cultivar au fost selectate și utilizate pentru restul studiului. Pentru Renan, s-au selectat plante cu 20 de spiculete pe ureche, în timp ce pentru Apache (pentru a atinge o dimensiune suficientă a eșantionului) s-au selectat plante cu 21 sau 22 de spiculete pe ureche.

Dinamica umplerii cerealelor a fost studiată pentru cerealele care aparțineau spiculețelor din anumite părți ale urechii. Urechile au fost considerate a conține trei părți - bazale, centrale și apicale. Fiecare parte a fost reprezentată de două spiculete. Pentru un număr dat de spiculete pe ureche (n) și numerotarea pozițiilor spiculelor de la baza urechii la vârf, părțile urechii au fost definite ca (Fig 1):

  1. bazală = a 3-a și a 4-a spiculete;
  2. central = și spiculețe;
  3. apical = (n-3) th și (n-2) th spikelets.