L'analisi RNAseq della canna comune rivela dinamiche del trascrittoma fogliare se sottoposto ad un lungo periodo di stress salino

Bioenergy can provide a crucial contribution in satisfying the increasing demand of sustainable energy production and the possibility to assign marginal land to bioenergy crop cultivation represents the main strategy to overcome the conflict between land uses for food or for energy production. The bioenergy crop Arundo donax L. is known to be able to grow in marginal land and in adverse environmental conditions. Considering the frequent occurrence of soil salinity and to compensate for the lack of informations about the molecular mechanism involved in A. donax response to salt stress, we de novo sequenced, assembled and analyzed the leaf transcriptome of two A. donax clones (G2 and G34) subjected to two levels of long-term salt stress (namely, S3 severe and S4 extreme). The picture that emerges from the identification of functional genes related to salt stress in G2 is consistent with a dose-dependent response to salt, suggesting a deep re-programming of gene expression in S4 samples. In S4 conditions, a dramatic switch from C3 Calvin cycle to C4 photosynthesis is likely to occur. The severe salt treatment resulted upon G34 in a lower number of DEGs if compared with the same treatment in G2, suggesting a weaker re-programming of the gene expression. Therefore, the comparative analysis of the transcriptomic response of G2 and G34 to salt stress highlights a different behavior of the two clones under the same stress level. Considered the distinct response to salt doses, genes either involved in severe or in extreme salt response could constitute useful markers of the physiological status of A. donax in salinized soil. Finally, many of the unigenes identified in the present study have the potential to be used for the development of A. donax varieties with improved productivity and stress tolerance. Considered the different behaviour of G2 and G34 ecotype to salinity, an extended analysis of other clones could lead to the identification of new genetic sources for stress tolerance.

Le bioenergie possono fornire un contributo fondamentale nel soddisfare la crescente richiesta di produzione di energia sostenibile. La possibilità di assegnare terreni marginali alla coltivazione di piante da bioenergia rappresenta la principale strategia utile a superare il conflitto tra uso del suolo per produzione di cibo o di energia. La coltura bioenergetica Arundo donax L. è nota per essere in grado di crescere in terreni marginali e in condizioni ambientali avverse. Considerata la frequente presenza di suoli altamente salinizzati e per compensare la mancanza di informazioni sul meccanismo molecolare coinvolto nella risposta di A. donax allo stress salino, abbiamo sequenziato, assemblato e analizzato de novo il trascrittoma fogliare di due cloni di A. donax (G2 e G34) sottoposti per un lungo periodo a due livelli di stress salino (S3 severo e S4 estremo). Il quadro che emerge dall'identificazione di geni funzionanali legati allo stress salino in G2 è coerente con una risposta dose-dipendente al sale, che suggerisce una riprogrammazione profonda dell'espressione genica nei campioni S4. In condizioni di sale estremo, è probabile che si verifichi un drammatico passaggio dal ciclo C3 Calvin alla fotosintesi C4. Il trattamento severo ha portato in G34 ad un numero inferiore di DEG se confrontato con lo stesso trattamento in G2, suggerendo una riprogrammazione più debole dell'espressione genica. Pertanto, l'analisi comparativa della risposta trascrittomica di G2 e G34 allo stress salino evidenzia un diverso comportamento dei due cloni sottoposti allo stesso livello di stress. Considerata la differente risposta alle diverse dosi di sale, i geni coinvolti nella risposta al trattamento sia severo che estremo potrebbero costituire utili marcatori dello stato fisiologico di A. donax nei suoli salinizzati. Infine, molti degli unigeni identificati nel presente studio hanno il potenziale per essere utilizzati per lo sviluppo di varietà di A. donax con produttività e tolleranza allo stress migliorate. Considerato il diverso comportamento degli ecotipi G2 e G34 rispetto alla salinità, un'analisi estesa di altri cloni potrebbe portare all'identificazione di nuove fonti genetiche per la tolleranza allo stress.