Nitrogen uptake, assimilation and remobilization in plants: challenges for sustainable and productive agriculture
Resumo
Contexto
A agricultura produtiva precisa de uma grande quantidade de fertilizantes nitrogenados caros. Melhorar a Eficiência do Uso de Nitrogênio (NUE, do inglês Nitrogen Use Efficiency) das culturas é, portanto, de importância fundamental. As definições de NUE diferem dependendo se as plantas são cultivadas para produzir biomassa ou grãos. No entanto, para a maioria das espécies vegetais, a NUE depende principalmente de como as plantas extraem o nitrogênio inorgânico do solo, assimilam nitrato e amônio e reciclam o nitrogênio orgânico. Foram feitos esforços para estudar a base genética, bem como os mecanismos bioquímicos e enzimáticos envolvidos na absorção de nitrogênio, assimilação e remobilização em culturas e plantas modelo. A detecção dos fatores limitantes que poderiam ser manipulados para aumentar o NUE é o principal objetivo de tal pesquisa.
Escopo
Um exame geral dos aspectos fisiológicos, metabólicos e genéticos da absorção de nitrogênio, assimilação e remobilização é apresentado nesta revisão. São apresentadas as enzimas e os processos reguladores manipulados para melhorar os componentes da NUE. Resultados obtidos a partir de estudos de variação natural e de locus de traços quantitativos também são discutidos.
Conclusões
Esta revisão apresenta a complexidade da NUE e apoia a ideia de que a integração dos numerosos dados provenientes de estudos de transcriptoma, genômica funcional, genética quantitativa, ecofisiologia e ciência do solo em modelos explicativos de comportamento de plantas inteiras será promissor.
Abstract
Productive agriculture needs a large amount of expensive nitrogenous fertilizers. Improving nitrogen use efficiency (NUE) of crop plants is thus of key importance. NUE definitions differ depending on whether plants are cultivated to produce biomass or grain yields. However, for most plant species, NUE mainly depends on how plants extract inorganic nitrogen from the soil, assimilate nitrate and ammonium, and recycle organic nitrogen. Efforts have been made to study the genetic basis as well as the biochemical and enzymatic mechanisms involved in nitrogen uptake, assimilation, and remobilization in crops and model plants. The detection of the limiting factors that could be manipulated to increase NUE is the major goal of such research.
An overall examination of the physiological, metabolic, and genetic aspects of nitrogen uptake, assimilation and remobilization is presented in this review. The enzymes and regulatory processes manipulated to improve NUE components are presented. Results obtained from natural variation and quantitative trait loci studies are also discussed.
This review presents the complexity of NUE and supports the idea that the integration of the numerous data coming from transcriptome studies, functional genomics, quantitative genetics, ecophysiology and soil science into explanatory models of whole-plant behaviour will be promising.
C. Masclaux-Daubresse
F. Daniel-Vedele
J. Dechorgnat
F. Chardon
L. Gaufichon
A. Suzuki
2010 - Annals of Botany
