Молекулярні механізми реакції нуту на стрес від посухи (мініогляд)

Сліщук, Г. І.; Волкова, Н. Е.

doi:10.7124/bc.000B0C

Biopolym. Cell. 2025; 41(1):13-22.

http://dx.doi.org/10.7124/bc.000B0C

Мініогляди

Молекулярні механізми реакції нуту на стрес від посухи (мініогляд)

1Сліщук Г. І., 1Волкова Н. Е.

Інститут кліматично орієнтованого сільського господарства НААН
Вул. Маяцька дорога, 24, cмт. Хлібодарське, Одеська обл., Україна, 67667

Abstract

Мета. Проаналізувати сучасний стан досліджень і досягнень у генетиці нуту за ознакою «посухотолерантність». Результати. Описано значення нуту для людини, тварин і навколишнього середовища. Подано інформацію про поширення та збирання нуту у світі, в тому числі в Україні, про структуру геному нуту, механізми забезпечення посухотолерантності. Проаналізовано дані молекулярної генетики ознаки «посухотолерантність» нуту. Показано необхідність мультиомічної стратегії для створення посухотолерантних сортів нуту. Наведено приклади успішного використання молекулярно-маркерних технологій для створення посухотолерантних сортів. Висновки. Ідентифікація та використання маркерів на основі регуляторних генів забезпечує потужну стратегію для прискорення селекції за допомогою маркерів і забезпечення розробки сортів нуту, здатних витримувати дедалі мінливіші кліматичні умови.

Keywords: молекулярні маркери, генетика, нут, посухотолерантність

Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Wallace TC, Murray R, Zelman KM. The Nutritional Value and Health Benefits of Chickpeas and Hummus. Nutrients. 2016; 8(12):766-70.

[2] Grasso N, Lynch NL, Arendt EK, O'Mahony JA. Chickpea protein ingredients: A review of composition, functionality, and applications. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2022; 21(1):435-52.

[3] FAOSTAT. Crops and livestock products. Available online: https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL (accessed on 22.01.2025).

[4] State Statistics Service of Ukraine. Available online: https://www.ukrstat.gov.ua/ (accessed on 22.01.2025).

[5] Thudi M, Chitikineni A, Liu X, He W, Roorkiwal M, Yang W, Jian J, Doddamani D, Gaur PM, Rathore A, Samineni S, Saxena RK, Xu D, Singh NP, Chaturvedi SK, Zhang G, Wang J, Datta SK, Xu X, Varshney RK. Recent breeding programs enhanced genetic diversity in both desi and kabuli varieties of chickpea (Cicer arietinum L.). Sci Rep. 2016; 6:38636.

[6] Asati R, Tripathi MK, Tiwari S, Yadav RK, Tripathi N. Molecular Breeding and Drought Tolerance in Chickpea. Life (Basel). 2022; 12(11):1846.

[7] Malhi GS, Kaur M, Kaushik P. Impact of climate change on agriculture and its mitigation strategies: A Review. Sustainability. 2021; 13(3):1318-30.

[8] Jain M, Misra G, Patel RK, Priya P, Jhanwar S, Khan AW, Shah N, Singh VK, Garg R, Jeena G, Yadav M, Kant C, Sharma P, Yadav G, Bhatia S, Tyagi AK, Chattopadhyay D. A draft genome sequence of the pulse crop chickpea (Cicer arietinum L.). Plant J. 2013; 74(5):715-29.

[9] Edwards D. Improved desi reference genome. 2016. CyVerse Data Commons.

[10] Varshney RK, Song C, Saxena RK, Azam S, Yu S, Sharpe AG, Cannon S, Baek J, Rosen BD, Tar'an B, Millan T, Zhang X, Ramsay LD, Iwata A, Wang Y, Nelson W, Farmer AD, Gaur PM, Soderlund C, Penmetsa RV, Xu C, Bharti AK, He W, Winter P, Zhao S, Hane JK, Carrasquilla-Garcia N, Condie JA, Upadhyaya HD, Luo MC, Thudi M, Gowda CL, Singh NP, Lichtenzveig J, Gali KK, Rubio J, Nadarajan N, Dolezel J, Bansal KC, Xu X, Edwards D, Zhang G, Kahl G, Gil J, Singh KB, Datta SK, Jackson SA, Wang J, Cook DR. Draft genome sequence of chickpea (Cicer arietinum) provides a resource for trait improvement. Nat Biotechnol. 2013; 31(3):240-6.

[11] Edwards D. 2016. Improved kabuli reference genome. CyVerse Data Commons.

[12] The National Center for Biotechnology Information. Available online: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/datasets/genome/GCA_000331145.2/ (accessed on 22.01.2025).

[13] Varshney RK, Roorkiwal M, Sun S, Bajaj P, Chitikineni A, Thudi M, Singh NP, Du X, Upadhyaya HD, Khan AW, Wang Y, Garg V, Fan G, Cowling WA, Crossa J, Gentzbittel L, Voss-Fels KP, Valluri VK, Sinha P, Singh VK, Ben C, Rathore A, Punna R, Singh MK, Tar'an B, Bharadwaj C, Yasin M, Pithia MS, Singh S, Soren KR, Kudapa H, Jarquín D, Cubry P, Hickey LT, Dixit GP, Thuillet AC, Hamwieh A, Kumar S, Deokar AA, Chaturvedi SK, Francis A, Howard R, Chattopadhyay D, Edwards D, Lyons E, Vigouroux Y, Hayes BJ, von Wettberg E, Datta SK, Yang H, Nguyen HT, Wang J, Siddique KHM, Mohapatra T, Bennetzen JL, Xu X, Liu X. A chickpea genetic variation map based on the sequencing of 3,366 genomes. Nature. 2021; 599(7886):622-7.

[14] Jain M, Bansal J, Rajkumar MS, Garg R. An integrated transcriptome mapping the regulatory network of coding and long non-coding RNAs provides a genomics resource in chickpea. Commun Biol. 2022; 5(1):1106-15.

[15] Rahbarian R, Khavari-Nejad R, Ganjeali A, Bagheri A, Najafi F. Drought stress effects on photosynthesis, chlorophyll fluorescence and water relations in tolerant and susceptible chickpea (Cicer arietinum L.) genotypes. Acta Biol Crac Ser Bot. 2011; 53(1):47-56.

[16] Garg R, Shankar R, Thakkar B, Kudapa H, Krishnamurthy L, Mantri N, Varshney RK, Bhatia S, Jain M. Transcriptome analyses reveal genotype- and developmental stage-specific molecular responses to drought and salinity stresses in chickpea. Sci Rep. 2016; 6:19228.

[17] Ramamoorthy P, Lakshmanan K, Upadhyaya HD, Vadez V, Varshney RK. Shoot traits and their relevance in terminal drought tolerance of chickpea (Cicer arietinum L.). Field Crops Res. 2016; 197:10-27.

[18] Thudi M, Upadhyaya HD, Rathore A, Gaur PM, Krishnamurthy L, Roorkiwal M, Nayak SN, Chaturvedi SK, Basu PS, Gangarao NV, Fikre A, Kimurto P, Sharma PC, Sheshashayee MS, Tobita S, Kashiwagi J, Ito O, Killian A, Varshney RK. Genetic dissection of drought and heat tolerance in chickpea through genome-wide and candidate gene-based association mapping approaches. PLoS One. 2014; 9(5):e96758.

[19] Badhan S, Kole P, Ball A, Mantri N. RNA sequencing of leaf tissues from two contrasting chickpea genotypes reveals mechanisms for drought tolerance. Plant Physiol Biochem. 2018; 129:295-304.

[20] Deokar AA, Tar'an B. Genome-Wide Analysis of the Aquaporin Gene Family in Chickpea (Cicer arietinum L.). Front Plant Sci. 2016; 7:1802.

[21] Razi K, Muneer S. Drought stress-induced physiological mechanisms, signaling pathways and molecular response of chloroplasts in common vegetable crops. Crit Rev Biotechnol. 2021; 41(5):669-91.

[22] Barmukh R, Roorkiwal M, Dixit GP, Bajaj P, Kholova J, Smith MR, Chitikineni A, Bharadwaj C, Sreeman SM, Rathore A, Tripathi S, Yasin M, Vijayakumar AG, Rao Sagurthi S, Siddique KHM, Varshney RK. Characterization of 'QTL-hotspot' introgression lines reveals physiological mechanisms and candidate genes associated with drought adaptation in chickpea. J Exp Bot. 2022; 73(22):7255-72.

[23] Singh V, Gupta K, Singh S, Jain M, Garg R. Unravelling the molecular mechanism underlying drought stress response in chickpea via integrated multi-omics analysis. Front Plant Sci. 2023; 14:1156606.

[24] Negussu M, Karalija E, Vergata C, Buti M, Subašić M, Pollastri S, Loreto F, Martinelli F. Drought tolerance mechanisms in chickpea (Cicer arietinum L.) investigated by physiological and transcriptomic analysis. Environ Experim Botany. 2023; 215:105488.

[25] Slishchuk HI, Volkova NE. Role of alternative splicing in chickpea (Cicer arietinum L.) drought tolerance mechanism, revealed via transcriptome analysis. Monograph: Climate-smart agriculture: science and practice. 2023; 242-55.

[26] Thudi M, Gaur PM, Krishnamurthy L, Mir RR, Kudapa H, Fikre A, Kimurto P, Tripathi S, Soren KR, Mulwa R, Bharadwaj C, Datta S, Chaturvedi SK, Varshney RK. Genomics-assisted breeding for drought tolerance in chickpea. Funct Plant Biol. 2014; 41(11):1178-90.

[27] Li Y, Ruperao P, Batley J, Edwards D, Khan T, Colmer TD, Pang J, Siddique KHM, Sutton T. Investigating Drought Tolerance in Chickpea Using Genome-Wide Association Mapping and Genomic Selection Based on Whole-Genome Resequencing Data. Front Plant Sci. 2018; 9:190.

[28] Chahande RV, Kulwal PL, Mhase LB, Jadhav AS. Validation of the markers linked with drought tolerance related traits for use in MAS programme in chickpea. J Genet. 2021; 100:74.

[29] Tiwari PN, Tiwari S, Sapre S, Babbar A, Tripathi N, Tiwari S, Tripathi MK. Prioritization of microsatellite markers linked with drought tolerance associated traits in chickpea (Cicer arietinum L.). Legume research. 2023; 46(11):1422-30.

[30] Arriagada O, Cacciuttolo F, Cabeza RA, Carrasco B, Schwember AR. A Comprehensive Review on Chickpea (Cicer arietinum L.) Breeding for Abiotic Stress Tolerance and Climate Change Resilience. Int J Mol Sci. 2022; 23(12):6794.