Genetic Analysis of Maize Root Characteristics in Response to Low Nitrogen Stress

Abstract

Under low-input cropping systems, nitrogen (N) can be a limiting factor in plant growth and yield. Identifying genotypes that are more efficient at capturing limited N resources and the traits and mechanisms responsible for this ability is important. Root trait has a substantial influence on N acquisition from soils. Nevertheless, inconsistencies still exist as to the effect of low N on root length and its architecture in terms of lateral and axial roots. For maize, a crop utilizing heterosis, little is known about the relationship between parents and their crosses in the response of root architecture to N availability. Here 7 inbred maize lines and 21 of their crosses created by diallel mating were used to study the effect of N stress on root morphology as well as the relationship between the inbreds and their crosses. With large genotypic differences, low N generally suppresses shoot growth and increases the root to shoot ratio with or without increasing root biomass in maize. Maize plants responded to N deficiency by increasing total root length and altering root architecture by increasing the elongation of individual axial roots and enhancing lateral root growth, but with a reduction in the number of axial roots. Here, the inbreds showed weaker responses in root biomass and other root parameters than their crosses. Heterosis of root traits was significant at both N levels and was attributed to both the general combining ability (GCA) and special combining ability (SCA). Low N had substantial affects on the pattern of heterosis, GCA and SCA affects on root traits for each of the crosses suggesting that selection under N stress is necessary in generating low N-tolerant maize genotypes.

Efeitos gênicos de caracteres associados à eficiência no uso de nitrogênio em milho

“…Foi utilizada a solução nutritiva descrita por Chun et al (2005) Bouma et al (2000). Para facilitar a caracterização das combinações híbridas quanto ao sistema radicular, as dez classes de diâmetro fornecidas pelo programa foram simplificadas em apenas duas, de acordo com Trachsel et al (2009).…”

Index selection of tropical maize genotypes for nitrogen use efficiency

“…For the high N (HN) and low N (LN) availability conditions, the solutions used were as described by Chun et al (2005). Namely, the HN solution contained 2.0 mmol l -1 N and the LN solution contained 0.2 mmol l -1 N, making the HN solution ten times more concentrated than the LN solution with respect to N content.…”

Seleção genômica ampla e novos métodos de melhoramento do milho

“…No experimento do nitrogênio, para os dois níveis, baixo N (BN) e alto N (AN), foi utilizada a solução nutritiva descrita por Chun et al (2005). No segundo experimento, o P foi adicionado na forma de superfosfato triplo, em que, para o nível de baixa disponibilidade de P (BP), misturaram-se 34 mg de P por dm 3 de substrato e no nível de alto P (AP), 192 mg dm -3 .…”

“…No segundo experimento, o P foi adicionado na forma de superfosfato triplo, em que, para o nível de baixa disponibilidade de P (BP), misturaram-se 34 mg de P por dm 3 de substrato e no nível de alto P (AP), 192 mg dm -3 . Os demais nutrientes foram fornecidos via solução nutritiva (Chun et al, 2005).…”

“…Essa prática é usual em experimentos em condição de estresse nutricional em casa de vegetação e com materiais geneticamente uniformes. Em muitos artigos, de diversos grupos de pesquisa de todo mundo, é utilizada essa metodologia (Trachsel et al, 2009;Chun et al, 2005;Liu et al, 2004;Zhu et al, 2005). Isso se deve ao fato de que os ganhos em precisão com o aumento da parcela ou no número de repetições nesse tipo de estudo são pequenos.…”