El análisis comparativo del transcriptoma de novo identifica los genes sensibles al estrés de la salinidad y las vías metabólicas en la caña de azúcar y su relativo salvaje Erianthus arundinaceus [Retzius] Jeswiet

La caña de azúcar es una cosecha orientada a la industria cultivadas en los trópicos y subtropics en el mundo.La caña de azúcar es una fuente potencial de material básico para la fabricación de azúcar, etanol, bioenergía y productos biodegradables. Traditional sweeteners such as jaggery, khandsari, and brown sugars having immense medicinal value are also produced from sugarcane^1,2.A nivel mundial, la caña de azúcar se cultivó en 28.19 millones de hectáreas que produjeron 2059.74 millones de toneladas de bastones con una productividad de 72.80 t/ha during 2019³.En India, la caña de azúcar se cultivó en 5.06 millones de hectáreas y 405.Se produjeron 42 millones de toneladas con una productividad de 80.10 tonnes/hectare during 2019³.El crecimiento, la productividad y la calidad del jugo de la caña de azúcar se ven afectadas por el estrés abiótico, a saber., frío, salinidad y sequía. Nearly 10% of arable land or 25–30% of irrigated lands were affected by salinity in the world⁴. After the advent of modern agriculture, soil salinity has become a major environmental issue and underground water used for irrigation also contributes to the soil salinity⁵. Sugarcane is highly sensitive to salinity⁶ and affects both biomass accumulation and juice quality parameters⁷.Por lo tanto, el desarrollo de variedades tolerantes salinas, grupos de genes y recursos genómicos es útil en la mejora de los cultivos de caña de azúcar a través de enfoques convencionales y biotecnológicos.

The sessile plants are sensing the salinity stress-induced osmotic and ionic stresses through the activation of calcium signalling and salt-overly sensitive pathways for exclusion of sodium^8,9. Glycosyl inositol phosphoryl ceramide sphingolipids are also involved in the sensing of salinity stress¹⁰. The salinity stress firstly reduces the water uptake causing the salinity-induced osmotic stress and secondly, increases the concentration of cytotoxic ions which causes ionic stress^5,10. The plant possesses several mechanisms to tolerate the salinity stress such as (i) accumulation of low molecular weight, water-soluble free state compounds (proline, betaine, water-soluble sugars) which help in the maintenance of osmotic adjustment and plant metabolic activities (ii) selective ion-uptake such as the exclusion of sodium and maintaining higher cytosolic K⁺/Na⁺ (iii) nullifying the effect of ROS by enzymes such as catalase, SOD and APX (iv) salinity-tolerant genes associated with sodium-hydrogen antiporter activities of vacuolar membrane, plasma membrane and, genes related to ROS scavenging enzymes¹¹. Besides, many gene networks related to signal transduction, hormone signalling, biosynthesis of secondary metabolites, amino acids and transporters significantly contribute to the salinity tolerance mechanisms in plants¹². The comparative global gene expression studies are certainly helping to dissect the various genes and metabolic pathways associated with salinity or abiotic stress tolerances in plants¹³.

Caña de azúcar pariente salvaje e. arundinaceus is a potential donor for many genes related to biomass and tolerance to biotic and abiotic stresses^14,15,16.Introgresión de muchos genes de e. arundinaceus into sugarcane through conventional and biotechnological approaches has improved the agronomic performance of sugarcane varieties^17,18.Hemos aislado, caracterizado y sobreexpresado muchos genes de E. arundinaceus such as heat shock protein 70^14,19, DREB2²⁰, glyoxalase gene¹⁵, α-expansin 1²¹ and chilling tolerant divergence 1 (COLD1) gene²², which shows the genetic importance of E.arundinaceus en la mejora de las tolerancias a tensiones bióticas y abióticas en la caña de azúcar. There were several RNASeq studies in sugarcane for many traits such as agronomic traits, cold stress, sucrose, lignin, red stripe and smut disease except for salinity tolerance^{23,24,25,26,27,28}.Por lo tanto, realizamos los estudios comparativos del transcriptoma de sal para identificar los genes y las vías metabólicas de la salinidad en la E tolerante a la sal..Accesión de Arundinaceus Ind99-907 collected from saline soils Ernakulum district, Kerala, India²⁹ and salt-sensitive genotype Co 97010^30,31.De este estudio, hemos identificado muchos genes expresados diferencialmente, vías metabólicas enriquecidas y términos GO asociados con la tolerancia a la sal en la E tolerante a la sal.Accesión de Arundinaceus Ind99-907.Nuestros estudios mostraron el enriquecimiento de 27 vías, 24 procesos biológicos, tres funciones moleculares y un componente celular en Ind99-907 en comparación con 20 vías, dos procesos biológicos sin ninguna función molecular significativa y componentes celulares en CO 97010 (FDR ≤ 0.05), que especifica el patrón de expresión único y distinto de los genes y las vías metabólicas que regulan el estrés de salinidad en Ind99-907 y CO 97010.Los recursos genómicos desarrollados a partir de este estudio son útiles en la mejora de los cultivos de la caña de azúcar a través del desarrollo de marcadores genéricos y enfoques biotecnológicos avanzados.