Reproducere a plantelor

Acest articol face parte din subiectul de cercetare

Culturi de proteine: alimente și furaje pentru viitor Vizualizați toate cele 29 de articole

Editat de
Diego Rubiales

Institutul pentru Agricultură Durabilă, Consiliul Național de Cercetare din Spania, Spania

editorial

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Editorial ARTICOL

  • 1 Biologia Agrosistemelor, Misiunea Biologică a Galiției, Consiliul Superior de Investigații Științifice (CSIC), Pontevedra, Spania
  • 2 Institutul de biologie agricolă și biotehnologie, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Milano, Italia
  • 3 Institutul de Științe Agricole (ICA), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Madrid, Spania
  • 4 Direcția generală responsabilă de cercetare și strategie, Organizația franceză pentru cercetare agricolă și cooperare internațională (CIRAD), Montpellier, Franța
  • 5 Unitatea de cercetare Managementul resurselor regenerabile și al mediului (UPR GREEN) (CIRAD), Montpellier, Franța

În acest subiect de cercetare (Culturi proteice: hrană și furaje pentru viitor), au fost incluse lucrări care tratează diferite aspecte ale culturilor proteice, cum ar fi reproducerea și selecția soiurilor cu randament ridicat sau trăsături specifice, biodiversitate, cultivare durabilă, utilizări alimentare și furaje, valoarea nutrițională, beneficiile pentru sănătate și problemele socio-economice sau de mediu, care pot fi considerate cruciale pentru a contribui la furnizarea proteinelor vegetale ale viitorului.

Un nou cadru de evaluare a fost dezvoltat de Reckling și colab. și s-a aplicat în cinci regiuni de studiu de caz din toată Europa cu obiectivul de a evalua compromisurile dintre efectele economice și de mediu ale integrării leguminoaselor în sistemele de cultură. Sistemele de cultură cu leguminoase au redus semnificativ emisiile de oxid de azot și utilizarea îngrășămintelor de azot în sistemele arabile și furajere. Cu toate acestea, leguminoasele de cereale au redus marjele brute în 3 din 5 regiuni, în timp ce leguminoasele furajere au crescut marjele brute în 3 din 3 regiuni. Leguminoasele s-au dovedit a fi benefice și în rotația culturilor și intercultarea cu cereale. Correa-Galeote și colab. raport despre variația comunităților bacteriene din rizosfera porumbului ca rezultat al intercopierii cu trifoi.

Prin urmare, creșterea cultivării leguminoaselor ar putea duce la sisteme economice de cultură competitive și la impacturi pozitive asupra mediului, dar atingerea acestui obiectiv necesită dezvoltarea unor noi strategii de gestionare, informate de implicarea consilierilor și a fermierilor și este adesea necesar să se sprijine fermierii în eforturile lor de a îmbunătățirea nivelului de biodiversitate la fermele lor. Deoarece multe leguminoase sunt polenizate de albine, importanța interacțiunii între plante și polenizatori (PPI) în leguminoase constă într-o combinație a importanței polenizării pentru serviciul de producție și strategiile de reproducere, plus urgența crescândă în atenuarea declinului polenizatorilor prin intermediul dezvoltarea și implementarea măsurilor de conservare. Studiul realizat de Suso și colab. despre PPI cuprinde o serie de recenzii, opinii și perspective și sunt propuse două abordări de bază: (a) agricultura cu polenizatori alternativi și (b) sistemul de proiectare a culturilor.

Lucas și colab. să se concentreze asupra viitorului lupinului ca cultură proteică în Europa și să concluzioneze că lupinul poate fi capabil să promoveze creșterea socio-economică și beneficiile de mediu în Europa, cu condiția ca tehnicile avansate de reproducere să ofere noi soiuri de lupin productive, iar noile procese să fie optimizate pentru a obține -ingrediente proteice de calitate pentru alimentele comercializabile care urmează să fie oferite consumatorilor. Necesitatea optimizării procesării proteinelor de lupin pentru o valoare nutrițională sporită și siguranța alimentelor este, de asemenea, abordată de Bartkiene și colab.

Există o conștientizare tot mai mare a necesității de a lua în considerare trăsăturile de calitate a semințelor în programele de reproducere a culturilor proteice. Bellaloui și colab. discutați un studiu agronomic menit să analizeze efectele practicilor de gestionare (data plantării și rata de însămânțare) asupra compoziției semințelor de soia. Proteinele de stocare a semințelor sunt o sursă valoroasă de aminoacizi esențiali pentru dietă; cu toate acestea, în multe semințe de leguminoase, acestea posedă adesea activități biologice care ar putea fi benefice sau dăunătoare consumatorului. Sparvoli și colab. arată cum îndepărtarea genetică, în boabele comune, a lectinelor și retenția inhibitorului α-amilazei împreună cu reducerea acumulării de fitați, se pot dovedi utile pentru a produce flori compozite de fasole pentru prepararea de alimente noi, biscuiți, cu proprietăți nutriționale îmbunătățite. Herman și Schmidt discută despre potențialul ingineriei de soia pentru hrana pentru acvacultură prin eliminarea proteinelor anti-nutriționale și creșterea compușilor benefici.

Aproape 50% din aportul global de proteine ​​alimentare provine din semințe de cereale (faostat.fao.org). Majoritatea acestor proteine ​​(prolamine) se acumulează în corpuri proteice (PB), polimeri mari formați în reticulul endoplasmatic (ER). Dimpotrivă, cele mai frecvente clase de proteine ​​de stocare a semințelor, albuminele 2S și globulinele 7S/11S se acumulează în vacuole de stocare a proteinelor (PSV), care sunt primul compartiment subcelular care a evoluat pentru a stoca proteinele din semințe. Deoarece ER este în principal un compartiment de tranzit, reședința permanentă ER a proteinelor care nu joacă un rol în funcțiile ER tipice pare o caracteristică unică prolaminelor. Pe baza prezenței unor domenii specifice în diferitele clase de proteine ​​de stocare, împreună cu studii filogenetice privind evoluția proteinelor de stocare, Pedrazzini și colab. formulați o ipoteză cu privire la modul în care PB a evoluat din PSV ca o soluție simplă pentru a găzdui proteinele de stocare a prolaminelor. Li și colab. analizați variația conținutului de albumină, globulină și glutenină din boabele de grâu în raport cu ratele de aplicare a azotului în diferite etape de creștere, ceea ce ar putea fi o abordare eficientă pentru a modula distribuția fracțiilor de proteine ​​pentru utilizări finale specifice.

Ramalingam și colab. să revizuiască mai multe studii proteomice și metabolomice pe modelul și leguminoasele culturilor și să discute despre modul în care integrarea „omicilor” va contribui la identificarea biomarkerilor exacți în programele de reproducere inteligentă a legumelor. Ei discută diferite abordări metodologice, împreună cu bioinformatica, și arată cum acestea ar putea fi utilizate pentru a aborda întrebările biologice pentru înțelegerea mecanismelor de răspuns la stres, a proceselor celulare și de dezvoltare și a simbiozei.

Alte culturi proteice merită, de asemenea, atenție. Cânepa este o cultură străveche care a fost cultivată la nivel mondial până la începutul secolului al XX-lea, după care cultivarea sa a scăzut. Recent, interesul pentru această cultură multifuncțională care furnizează fibre, cosuri și semințe, a fost reînnoit de o cerere tot mai mare nu numai de fibre naturale, ci și de conținutul ridicat și calitatea proteinelor și uleiului din semințe. Galasso și colab. a studiat compoziția unei colecții de genotipuri de cânepă de diferite origini geografice pentru a identifica potențialele genotipuri de îmbunătățire a soiurilor de cânepă. Rezultatele lor relevă diferențe notabile între genotipurile semințelor de cânepă pentru componentele antinutriționale, conținutul de ulei și proteine. Colectiv, acest studiu sugerează că semințele de cânepă sunt un produs interesant în ceea ce privește proteinele, uleiul și moleculele antioxidante, dar o reducere a acidului fitic ar fi de dorit atât pentru oameni, cât și pentru animalele monogastrice. Bellaloui și colab. și Yang și colab. a investigat valoarea nutritivă a bumbacului, în ceea ce privește conținutul de proteine ​​din semințe și respectiv embrioni.

Creșterea culturilor se confruntă cu o varietate de agenți patogeni. A rămâne sănătos depinde de capacitatea lor de a recunoaște agenții patogeni și de a activa mecanisme de apărare împotriva lor. Răspunsurile de apărare a plantelor sunt reglementate de un număr mare de căi de semnalizare. Factorii de transcripție (TF) controlează transferul de informații genetice de la ADN la ARN prin activarea sau reprimarea transcrierii, jucând roluri importante în dezvoltarea și apărarea plantelor prin reglarea diferitelor căi de semnalizare (Singh și colab., 2002; Udvardi și colab., 2007).

Curto Rubio și colab. a folosit tehnologia PCR (qPCR) cantitativă în timp real cu randament ridicat pentru a ecraniza peste 1000 Medicago truncatula TF în genotipuri sensibile și rezistente ale M. truncatula după infectarea cu ciuperca patogenă Erysiphe pisi (făinarea). Șaptezeci și nouă de gene TF, aparținând a 33 de familii au arătat o schimbare transcripțională semnificativă ca răspuns la E. pisi infecţie. Patruzeci și opt de gene TF au fost exprimate diferențial în genotipurile rezistente comparativ cu cel susceptibil ca răspuns la E. pisi infecție, inclusiv factori transcripționali legați de patogenie. Rezultatele sugerează că aceste gene TF se numără printre E. pisi gene responsive în rezistente M. truncatula care poate constitui o rețea de reglementare care controlează modificările transcripționale ale genelor de apărare implicate în rezistența la E. pisi.

Bobul comun este sensibil la temperaturi scăzute. Germinarea rapidă și uniformă a semințelor și apariția răsadurilor în diverse condiții de mediu este o caracteristică de dorit pentru culturi. Genotipurile obișnuite ale fasolei diferă prin toleranța la temperatură scăzută în ceea ce privește creșterea și randamentul. Cultivele tolerante la temperaturi scăzute în timpul etapelor de germinare și emergență și purtătorii standardelor de calitate a cerealelor cerute de consumatori sunt necesare pentru succesul culturii de fasole. De Ron și colab. au studiat performanța a 28 de genotipuri de fasole uscată în câmp deschis și în camera de creștere la temperaturi scăzute, moderate și calde. Screeningul apariției răsadurilor și răspunsul fenotipic al germoplasmei de fasole sub o gamă de temperaturi în camere de creștere controlată și în condiții de câmp au arătat mai multe genotipuri cu toleranță la stres la temperatură scăzută la apariție și potențial de randament ridicat care ar putea fi material genetic valoros pentru programele de reproducere.

Cowpea este o leguminoasă de sezon cald, care reprezintă o mare parte din proteinele dietetice ale oamenilor din Africa subsahariană; cu toate acestea este afectat de multe boli virale care reduc randamentele. Nsa și colab. a studiat efectele asupra a trei soiuri de găină a infecțiilor unice și a co-infecțiilor a trei viruși fără legătură: virusul mozaicului purtat de afide de cowpea (CABMV), gen Potyvirus, virusul mottle cowpea (CMeV), gen Carmovirus, și virusul mozaicului fasolei sudice (SBMV), gen Sobemovirus. Plantele tratate au fost evaluate pentru sensibilitate la viruși, creștere și randament. În toate cazurile, inocularea precoce a dus la o severitate mai mare a bolii în comparație cu infecția tardivă. Infecțiile simple, duble și triple de CABMV, CMeV și SBMV au dus la pierderea completă a semințelor în cele trei soiuri de găină; numai cultivarul Alb a produs câteva semințe la 30 DAP.

Lintea este a treia cea mai importantă leguminoasă de cereale din sezonul rece din lume după naut și mazăre. Khazaei și colab. au studiat diversitatea genetică și structura populației colecției de germoplasmă de linte din 352 de aderări din 54 de țări pentru a estima diversitatea genetică și structura genetică utilizând 1194 markeri polimorfici cu nucleotid unic polimorfism (SNP) care se întind pe genomul lintei. Folosind analiza principală a coordonatelor, analiza structurii populației și analiza cluster UPGMA, accesiunile au fost clasificate în trei grupuri majore: (a) Asia de Sud (savana subtropicală), (b) mediteraneană și (c) nordică temperată. Pe baza rezultatelor acestui studiu, este de asemenea clar că programele de ameliorare au încă o diversitate genetică considerabilă în cadrul lintei cultivate.

O serie de articole se concentrează pe importanța quinoa ca opțiune de cereale rezistentă la schimbări climatice pentru schimbările climatice (Ruiz și colab., 2014). Această recunoaștere internațională recentă, pentru o cultură subutilizată din zonele montane andine, se datorează în mare măsură valorii sale nutritive ridicate, dar subliniază importanța diversității sale genetice ridicate pentru adaptarea la medii noi (Bazile și colab., 2015).

Bazile și colab. dați un critic al tendințelor privind expansiunea globală a quinoa. După secole de neglijare, potențialul quinoa a fost redescoperit în a doua jumătate a secolului al XX-lea, iar acum peste 100 de țări testează sau cultivă quinoa la nivel mondial. Datorită nivelurilor ridicate de diversitate genetică, cultura este foarte rezistentă la extreme agroecologice și este tolerantă la îngheț, secetă și salinitate. Creșterea geografică a distribuției de quinoa a evidențiat dificultatea accesului la semințe de calitate, care este un factor cheie pentru testarea culturii în afara Anzilor. În acest context, parteneriatele de cercetare au permis efectuarea de încercări în zone netradiționale de cultivare.

După Anul Internațional al Quinoa din 2013, Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură (FAO) a inițiat diferite procese la nivel global. Bazile și colab. prezintă evaluări de teren care au fost efectuate în Asia și țările din Orientul Apropiat și Africa de Nord. În fiecare dintre cele nouă țări implicate, studiile au fost efectuate în diferite locații care reprezintă la nivel global diversitatea a 19 sisteme agrare pentru compararea a 21 de genotipuri de quinoa utilizând același protocol experimental în toate locațiile. Unele genotipuri au prezentat randamente mai mari pentru anumite locații specifice atunci când alte genotipuri au fost evaluate cu niveluri stabile și satisfăcătoare de randament în fiecare dintre diferitele situri de testare. Această stabilitate a producției are o importanță considerabilă, în special în contextul incertitudinii legate de schimbările climatice.

Choukr-Allah și colab. Luați în considerare toleranța ridicată și rezistența quinoa la multe stresuri și diferite soiuri au fost testate pentru toleranță la salinitate, eficiența utilizării apei și calitatea nutrițională. Autorii au rezumat 15 ani de studii privind evaluarea potențialului de introducere a culturii în țările din Orientul Mijlociu și Africa de Nord și Asia Centrală și au descris constrângerile cheie pentru extinderea producției în condiții de creștere marginale. Quinoa menține productivitatea în soluri sărace și în condiții de stres de apă și salinitate ridicată. Cu toate acestea, producțiile mai mari nu garantează succesul quinoa în regiune și pentru a avea succes, trebuie să se încadreze în modelele actuale de cultură, sistemele agricole, terenurile marginale afectate de salinitate și alcalinitate și în zonele în care majoritatea culturilor alimentare nu ar putea fi produse economic.

De asemenea, legat de stresul de sare, Aloisi și colab. a raportat modificările profilurilor proteomice și ale aminoacizilor, ale conținutului fenolic și ale activității antioxidante în diferite soiuri de quinoa atunci când sunt supuse stresului de salinitate. Wu și colab. abordează întrebarea cu privire la modul în care nivelul de fertilizare influențează toleranța la salinitate a quinoa și modul în care salinitatea solului și impactul asupra fertilității asupra trăsăturilor de calitate a semințelor, cu o atenție deosebită asupra conținutului de proteine ​​și a durității și densității semințelor.

Benlhabib și colab. prezintă o analiză a diversității genetice a 72 F2: 6 linii recombinante consangvinizate și părinți dezvoltate prin hibridizare între grupurile de quinoa din landurile germane și de coastă și evaluate pentru trăsături cantitative și calitative. Studiul a evidențiat diversitatea extinsă regenerată printre cele 72 de linii și a ajutat la identificarea genotipurilor de quinoa potențial adaptate pentru producția în mediul de coastă marocan, în special cu unele linii rezistente la mucegaiul pufos. Stetter și colab. prezentați o cercetare complementară lui Benlhabib și colab. axat pe amarant. Se pare că, pentru îmbunătățirea culturilor minore, metodele de încrucișare eficiente stau la baza programelor de reproducere. Autorii au dezvoltat trei metode diferite de încrucișare și și-au comparat eficiența validată cu markerii genetici. Producția rapidă a populațiilor segregatoare face din amarant un model atractiv de îmbunătățire prin creșterea plantelor.

Murphy și colab. să evidențieze metodele utilizate pentru creșterea plantelor și impactul acestora asupra biodiversității în sistemele agricole. Menținerea și creșterea biodiversității quinoa este imperativă, deoarece dinamica expansiunii globale a quinoa poate constitui o amenințare pentru fermieri dacă răspândirea este generată cu o bază genetică îngustă. Creșterea participativă evolutivă (EPB) apare ca un instrument util pentru dezvoltarea de noi materiale genetice de quinoa în cooperare cu fermierii. Rețeaua globală de colaborare pe quinoa (GCN-Quinoa) ar putea fi baza pentru programe participative de creștere a plantelor pentru a satisface nevoile fermierilor într-o diversitate de agrosisteme.

În timp ce aceste rezultate din cercetările privind quinoa sugerează că această cultură andină este capabilă să crească în multe medii diferite, considerațiile sociale și culturale rămân cruciale în ceea ce privește posibila sa introducere în noile sisteme de cultură din întreaga lume.

Contribuțiile autorului

AD, FS, JP și DB: elaborarea și revizuirea lucrării și aprobarea versiunii care urmează să fie publicată.

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricărei relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretată ca un potențial conflict de interese.