Drought resistance and improved yield result from modified malate metabolism in guard and vascular companion cells

Autores
Oitavén, Pablo Agustín; Guindon, María Fernanda; Müller, Gabriela Leticia; Margarit, Ezequiel; Saper, Carolina; Srebot, María Sol; Fu, Ying; Verna, Karuna; Wewer, Vera; Metzger, Sabine; Lara, Maria Valeria; Estavillo, Gonzalo; Maurino, Verónica Graciela; Drincovich, Maria Fabiana
Año de publicación
2024
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Drought is a major threat to food security. Water loss through stomata is an inevitableconsequence of CO2 uptake, and water deficit inhibits plant growth, making it challengingto develop drought-resistant strategies without compromising yield. Here, we generatedtobacco plants expressing a maize NADP-dependent malate decarboxylating enzyme instomata and vascular cells (ME plants), which show higher seed yield and faster maturationcompared to wild-type (WT) plants under normal irrigation and after drought. While WTplants die after 45 days of drought, ME plants survive without any adverse effects on seedproduction. In addition, ME plants exhibit improved photosynthetic efficiency despitereduced stomatal conductance and changes in stem morphology, which are likely relatedto their ability to withstand drought. We propose that enhanced C4-like biochemistry incells surrounding the vascular system and increased sugar export likely compensated forthe reduced stomatal conductance in ME plants. The study demonstrates that cell-targetedmetabolic modifications can avoid pleiotropic effects and facilitate the stacking ofbeneficial traits to improve crop design.
Fil: Oitavén, Pablo Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina
Fil: Guindon, María Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina
Fil: Müller, Gabriela Leticia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina
Fil: Margarit, Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina
Fil: Saper, Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina
Fil: Srebot, María Sol. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas; Argentina
Fil: Fu, Ying. Universitat Bonn; Alemania
Fil: Verna, Karuna. Universitat Bonn; Alemania
Fil: Wewer, Vera. University of Cologne; Alemania
Fil: Metzger, Sabine. University of Cologne; Alemania
Fil: Lara, Maria Valeria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina
Fil: Estavillo, Gonzalo. Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation (csiro);
Fil: Maurino, Verónica Graciela. Universitat Bonn; Alemania
Fil: Drincovich, Maria Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina
Materia
DROUGHT
PLANT GROWTH
GUARD CELLS
VASCULAR CELLS
YIELD
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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While WTplants die after 45 days of drought, ME plants survive without any adverse effects on seedproduction. In addition, ME plants exhibit improved photosynthetic efficiency despitereduced stomatal conductance and changes in stem morphology, which are likely relatedto their ability to withstand drought. We propose that enhanced C4-like biochemistry incells surrounding the vascular system and increased sugar export likely compensated forthe reduced stomatal conductance in ME plants. The study demonstrates that cell-targetedmetabolic modifications can avoid pleiotropic effects and facilitate the stacking ofbeneficial traits to improve crop design.Fil: Oitavén, Pablo Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. 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