Using genetic resources to identify favourable alleles for ammonium and nitrate transporter genes that contribute to nitrogen uptake efficiency in wheat

Abstract

Stickstoff (N) ist das wichtigste mineralische Element; der übermäßige Einsatz von Stickstoffdüngern hat ernsthafte Auswirkungen auf die planetarischen Grenzen. Es ist zwingend erforderlich, das Management der Stickstoffdüngung zu verbessern und die Effizienz der Stickstoffnutzung in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion zu erhöhen. In dieser Studie wird die N-Aufnahme von Winterweizen als physiologisches Merkmal bewertet, um die genetische Variation von 100 neueren Elitelinien (angepasste Linien) und 100 (nicht angepasste Linien), die vor der "grünen Revolution" eingeführt wurden, zu nutzen. Durch die getrennte Untersuchung der kurz- und langfristigen NH4+- und NO3-Aufnahmeraten bei mikromolaren oder millimolaren N-Konzentrationen und bei ausreichender oder geringer N-Versorgung wird deutlich, dass bei den angepassten Linien insbesondere Tobak höhere Aufnahmeraten aufweist als Rockefeller. Insgesamt deutet diese Studie darauf hin, dass allelische Variationen in AMT1.2 ein zusätzliches Beta-Faltblatt in der Proteinstruktur bilden, das signifikant mit einer hochaffinen Aufnahmekapazität für Ammonium einhergeht. Ebenso könnte mit fortschreitendem N-Mangel eine starke Hochregulierung insbesondere von AMT3.1 für die höhere Ammoniumaufnahmekapazität in Tobak verantwortlich sein.

Nitrogen (N) is the most important mineral element; the excess use of N fertilizers has a serious impact on planetary boundaries. It is mandatory to improve N fertilization management and increase N use efficiency in agricultural plant production. In this study as a physiological trait, two winter wheat panels N uptake rates are assessed to exploit genetic variation from 100 recent elite lines (adapted lines), and 100 (unadapted lines) released before the ‘green revolution’ lines. Also, by examining short and long-term NH4+ and NO3- uptake rates separately at micromolar or millimolar N concentrations and under adequate or low N supply, represent that in adapted lines specifically Tobak has higher uptake rates than Rockefeller. Altogether, this study indicates that allelic variation in AMT1.2 forms an additional beta-sheet in protein structure significantly coincided with high-affinity uptake capacity for ammonium. Likewise, with progressing N deficiency strong upregulation esp. of AMT3.1 may be responsible for higher ammonium uptake capacity in Tobak.