Manipulation of microRNA expression to improve nitrogen use efficiency

Resumo

O nitrogênio é o nutriente limitante chave requerido para o crescimento das plantas. A aplicação de fertilizantes à base de nitrogênio em culturas cresceu dramaticamente nos últimos anos, resultando em aumentos significativos de produtividade. No entanto, o aumento da produção veio ao custo de consequências ambientais substanciais negativas. Custos mais altos de produção agrícola, aumento do consumo de alimentos e fertilizantes e uma população global crescente levaram a apelos por uma “segunda revolução verde” usando técnicas modernas de manipulação genética para melhorar a produção, o rendimento e a qualidade das culturas. Pesquisas consideráveis estão sendo direcionadas ao estudo e à engenharia da eficiência de uso de nitrogênio em plantas cultivadas. O objetivo final é reduzir a quantidade de fertilizante à base de nitrogênio utilizada e, assim, reduzir os custos de produção e os danos ambientais, ao mesmo tempo que se aumentam os rendimentos. Nesta revisão, apresentamos uma visão geral dos avanços recentes na compreensão da regulação do metabolismo do nitrogênio pela ação de microRNAs, com vistas à engenharia de culturas com maior eficiência de uso de nitrogênio.

Abstract

Nitrogen is the key limiting nutrient required for plant growth. The application of nitrogen-based fertilizers to crops has risen dramatically in recent years, resulting in significant yield increases. However, increased production has come at the cost of substantial negative environmental consequences. Higher crop production costs, increased consumption of food and fertilizer, and a growing global population have led to calls for a “second green revolution” using modern genetic manipulation techniques to improve the production, yield, and quality of crops. Considerable research is being directed toward the study and engineering of nitrogen use efficiency in crop plants. The end goal is to reduce the amount of nitrogen-based fertilizer used and thereby reduce production costs and environmental damage while increasing yields. In this review, we present an overview of recent advances in understanding the regulation of nitrogen metabolism by the action of microRNAs with a view toward engineering crops with increased nitrogen use efficiency.