The use of proline in screening for tolerance to drought and salinity in common bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes

Resumo

A seleção de cultivares resistentes ao estresse, para serem utilizadas em programas de melhoramento que visam aumentar a tolerância à seca e ao sal das nossas principais culturas, é uma necessidade urgente para a agricultura em um cenário de alterações climáticas. No presente estudo, foram analisadas as respostas aos tratamentos de déficit hídrico e estresse salino, quanto à inibição do crescimento e teores de prolina (Pro) foliar, em 47 genótipos de Phaseolus vulgaris de diferentes origens. Uma análise de variância bidirecional (ANOVA), correlações de momento de Pearson e análises de componentes principais (PCAs) foram realizadas em todas as características medidas, para avaliar as respostas gerais ao estresse dos genótipos investigados. Para a maioria das variáveis de crescimento analisadas e Pro, os efeitos da cultivar, tratamento e suas interações foram altamente significativos (p < 0,001); as características morfológicas das raízes, o diâmetro do caule e o número de folhas foram principalmente devido à variação descontrolada, enquanto a variação do peso fresco e do teor de água dos caules e folhas foi claramente induzida pelo estresse. Nas nossas condições experimentais, os efeitos médios do estresse salino no crescimento das plantas foram relativamente mais fracos do que os do déficit hídrico. Em ambos os casos, contudo, a inibição do crescimento refletiu-se principalmente na redução induzida pelo estresse do peso fresco e do teor de água dos caules e folhas. O Pro, por outro lado, foi a única variável que apresentou correlação negativa com todos os parâmetros de crescimento, mas principalmente com os de caules e folhas mencionados acima, conforme indicado pelos coeficientes de correlação de Pearson e pelos gráficos de carga dos PCAs. Portanto, no feijão comum, um maior acúmulo de Pro induzido pelo estresse está inequivocamente associado a uma inibição mais forte do crescimento; isto é, com maior sensibilidade ao estresse da cultivar correspondente. Propomos o uso de Pro como um marcador bioquímico adequado para triagens simples, rápidas e em larga escala de genótipos de feijão, para excluir os mais sensíveis, aqueles que acumulam concentrações mais altas de Pro em resposta a tratamentos de estresse hídrico ou salino.

Abstract

The selection of stress-resistant cultivars, to be used in breeding programmes aimed at enhancing the drought and salt tolerance of our major crops, is an urgent need for agriculture in a climate change scenario. In the present study, the responses to water deficit and salt stress treatments, regarding growth inhibition and leaf proline (Pro) contents, were analysed in 47 Phaseolus vulgaris genotypes of different origins. A two-way analysis of variance (ANOVA), Pearson moment correlations and principal component analyses (PCAs) were performed on all measured traits, to assess the general responses to stress of the investigated genotypes. For most analysed growth variables and Pro, the effects of cultivar, treatment and their interactions were highly significant (p < 0.001); the root morphological traits, stem diameter and the number of leaves were mostly due to uncontrolled variation, whereas the variation of fresh weight and water content of stems and leaves was clearly induced by stress. Under our experimental conditions, the average effects of salt stress on plant growth were relatively weaker than those of water deficit. In both cases, however, growth inhibition was mostly reflected in the stress-induced reduction of fresh weight and water contents of stems and leaves. Pro, on the other hand, was the only variable showing a negative correlation with all growth parameters, but particularly with those of stems and leaves mentioned above, as indicated by the Pearson correlation coefficients and the loading plots of the PCAs. Therefore, in common beans, higher stress-induced accumulation of Pro is unequivocally associated with a stronger inhibition of growth; that is, with a higher sensitivity to stress of the corresponding cultivar. We propose the use of Pro as a suitable biochemical marker for simple, rapid, large-scale screenings of bean genotypes, to exclude the most sensitive, those accumulating higher Pro concentrations in response to water or salt stress treatments.