Identification of genes involved in almond scion tree architecture influenced by rootstock genotype using transcriptome analysis

Abstract

The emergence of almond (Prunus amygdalus (L.) Batsch, syn P. dulcis (Mill.)) intensive and semi-intensive cropping systems has created a necessity for new almond cultivars with vigor and shape adapted to these new circumstances. Hence, it is important to unravel which mechanisms are behind the regulation of the tree three-dimensional structure, or tree architecture, and what factors may play a role, like the choice of rootstock. In this study, we have analyzed the rootstock influence on the scion transcriptome, regarding the biological processes that control almond tree architecture. Three commercial almond cultivars were grafted onto three hybrid rootstocks known to confer different architecture to the scion, resulting in nine combinations, whose gene expression in shoot tips was analyzed via RNA-Seq. We report that differences in tree architecture phenotype are correlated with differential expression of genes involved in hormonal and molecular responses associated with the regulation of apical dominance, branch formation, plant growth, cell wall formation, or nitrogen assimilation. These results highlight the importance of the rootstock choice in selecting a desirable scion architecture and in establishing almond orchards.

La aparición de sistemas de cultivo intensivos y semi-intensivos de almendro (Prunus amygdalus (L.) Batsch, syn P. dulcis (Mill.)) ha creado la necesidad de nuevos cultivares de almendro con vigor y forma adaptados a estas nuevas circunstancias. Por lo tanto, es importante desentrañar qué mecanismos están detrás de la regulación de la estructura tridimensional del árbol, o arquitectura del árbol, y qué factores pueden jugar un papel, como la elección del portainjerto. En este estudio, hemos analizado la influencia del portainjerto en el transcriptoma del vástago, en relación con los procesos biológicos que controlan la arquitectura del almendro. Se injertaron tres cultivares comerciales de almendro en tres portainjertos híbridos conocidos por conferir una arquitectura diferente al vástago, dando lugar a nueve combinaciones, cuya expresión génica en las puntas de los brotes se analizó mediante RNA-Seq. Se ha observado que las diferencias en el fenotipo de la arquitectura del árbol están correlacionadas con la expresión diferencial de genes implicados en respuestas hormonales y moleculares asociadas a la regulación de la dominancia apical, la formación de ramas, el crecimiento de la planta, la formación de la pared celular o la asimilación de nitrógeno. Estos resultados subrayan la importancia de la elección del portainjerto en la selección de una arquitectura de púa deseable y en el establecimiento de huertos de almendros.