PHYSIOLOGICAL AND MOLECULAR ANALYSIS OF DROUGHT RESPONSE IN SWEET SORGHUM

Sweet sorghum providing food, feed and fuel with a limited use of resources, responds to the criteria of sustainable bioenergy production. Sorghum is a C4 plant adapted to semi-arid environments, characteristic that should be maintained and further improved in the process of breding new genotypes for bioenergy production. To understand the genetic and physiological basis of drought tolerance, sorghum genotypes (IS 19453, Mpwekwa, SDS19483, IS33350, BR505, BR501) were evaluated in growth chamber and greenhouse experiments. Drought stress started when plants had consumed 80% of transpirable soil water. Total RNA was extracted from irrigated and not irrigated plants at different levels of water stress, and gene expression analysis was carried out using microarray and q-RT PCR techniques. The number of differentially expressed genes increased with the stress level. Most of the up regulated genes were involved in cell rescue, transport, nucleic acid binding, and in lipid, protein and sugar metabolism. In non-irrigated plants, at the higher stress level, up-regulated genes presented levels of expression 2-5 fold higher compared to control samples. These preliminary results will be useful for the identification of single nucleotide polymorphisms in candidate genes sequences in order to use them as markers for assisted breeding.

Il sorgo zuccherino utilizzato per produrre cibo, mangimi e carburante con limitato impiego di risorse, risponde ai criteri dell’agricoltura moderna ed è impiegato nella produzione di bioenergia. È una pianta C4 adattata agli ambienti semi-aridi, caratteristica che dovrebbe essere mantenuta e migliorata nel processo di ottenimento di nuovi genotipi. Per comprendere le basi genetiche e fisiologiche della tolleranza alla siccità, genotipi di sorgo (IS 19453, Mpwekwa, SDS19483, IS33350, BR505, BR501) sono stati valutati in camera di crescita e in serra. Lo stress idrico è iniziato quando le piante avevano consumato l'80% di acqua disponibile. L’RNA totale è stato estratto da piante irrigate e non a diversi livelli di stress idrico. L'analisi di espressione genica è stata eseguita attraverso l’uso delle tecniche microarray e q-RT PCR. Il numero dei geni differenzialmente espressi aumentava all’aumentare del livello di stress. Gran parte dei geni sovra espressi erano coinvolti nei meccanismi di difesa, di trasporto, di regolazione genica, e nel metabolismo lipidico, proteico e degli zuccheri. Nelle piante non irrigate, al più alto livello di stress, i geni sovra-regolati presentavano livelli di espressione di 2-5 volte superiori rispetto ai campioni di controllo. Questi risultati serviranno all’identificazione di ”single nucleotide polymorphisms” nelle sequenze dei geni candidati e al loro impiego come marcatori nel processo di miglioramento genetico assistito.