صدرت مؤخراً ورقة بحثية بعنوان "تسلسل الجينوم على نطاق الكروموسوم سوايدا جلوكا يلقي الضوء على تحمل الإجهاد الملح في النباتات الملحية"، التي أكملها فريق البروفيسور تشين يوان من مركز علم الجينوم، معهد هايشيا للعلوم والتكنولوجيا (كلية تكنولوجيا المستقبل) في جامعة فوجيان للزراعة والغابات، تم نشرها في المجلة ذات التصنيف الأعلى "بحوث البستنة"في مجال علوم البستنة.

ملوحة التربة يشكل مصدر قلق متزايد لإنتاج المحاصيل العالمية والتنمية المستدامة للبشرية. ولذلك، فمن الأهمية بمكان فهم آليات تحمل الملح وتحديد الجينات التي تتحمل الملح لتعزيز قدرة المحاصيل على تحمل الإجهاد الملحي. S. جلوكا، وهو نوع من النباتات الملحية يتكيف بشكل جيد مع بيئة مياه البحر، ويمتلك قدرة فريدة على امتصاص والاحتفاظ بتركيزات عالية من الملح داخل خلاياه، وخاصة في أوراقه، مما يشير إلى وجود آلية متميزة لتحمل الملح.

في هذه الدراسة، قام المؤلفون دي نوفو تسلسل S. جلوكا الجينوم. يبلغ حجم الجينوم 1.02 جيجا بايت (يتكون من مجموعتين من الأنماط الفردية) ويحتوي على 54,761 جينًا مشروحًا، بما في ذلك الأليلات والتكرارات. كشف التحليل الجينومي المقارن عن وجود تناغم قوي بين جينومات S. جلوكا و ب. الشائع. من S. جلوكا الجينوم، 70.56٪ يتكون من تسلسلات متكررة، مع كون العناصر الرجعية هي الأكثر وفرة (الشكل 1).

الاستفادة من التجمع المدرك للأليل لـ S. جلوكا الجينوم ، قمنا بدراسة التعبير الخاص بالأليل على مستوى الجينوم في العينات التي تم تحليلها. أشارت النتائج إلى أن التنوع في تسلسل المروج قد يسهم في تعبير ثابت خاص بالأليل (راجع النص الكامل للحصول على التفاصيل). تتكون زهرة كاسية البذور النموذجية من أربع زهور: الكأسية، والبتلة، والسداة، والكاربل، على الرغم من أن الانحرافات عن هذا الترتيب يمكن أن تحدث في بعض الأنواع. في S. جلوكا، تمت ملاحظة ثلاث زهور فقط، حيث تدهورت الزهرات الأولى بشكل كبير وأظهرت الزهرات الثانية خصائص تشبه الكأسية. تظهر الزهرتان الثالثة والرابعة النمط الظاهري الطبيعي (الشكل 2A). لتأكيد الهوية الشبيهة بالكأس للدائرة الثانية من S. جلوكا زهرة، قمنا بتحليل التعبير عن الجينات المشاركة في عملية التمثيل الضوئي والمسارات المرتبطة بتخليق الكلوروفيل. أظهرت خرائط الحرارة المجمعة أن أنماط التعبير عن الجينات التي تم فحصها في الفلات الثانية كانت مماثلة لتلك الموجودة في الكأسية. علاوة على ذلك، فإن التحليل المنهجي لعائلة الجينات ABCE يسلط الضوء على تكوين الجينات S. جلوكامورفولوجيا الزهرة، مما يشير إلى أن الخلل في جينات الفئة A هو المسؤول عن غياب البتلات S. جلوكا (الشكل 2).

من أجل الحصول على فهم متعمق لآليات تحمل الملح في السويداء نباتات الجنس من منظور الجينوم، أجرينا تحليل الجينوم المقارن بين السويداء الأنواع ، بما في ذلك سويدا أرالوكاسبيكا (نبات يتحمل الملوحة داخل قطيفية Family) وغيرها من الأنواع التي لا تتحمل الملوحة من نفس العائلة. كشفت النتائج عن توسع كبير في عائلات الجينات في هذين النوعين اللذين يتحملان الملح السويداء الأنواع، التي تشمل ما مجموعه 1840 الجينات (الشكل 3A). كشف تحليل التخصيب لهذه الجينات عن إثراء ملحوظ لمصطلحات علم الجينات (GO) المتعلقة بـ إصلاح الحمض النووي, استقرار الكروموسوم, نزع ميثيل الحمض النووي, ملزمة الكاتيونيةو إشارات الضوء الأحمر/الأحمر البعيد المسارات داخل عائلات الجينات الموسعة المشتركة لـ السويداء الأنواع (الشكل 3 ب). بالمقارنة مع الأنواع غير الملحية في قطيفية الأسرة، والجينات الموسعة في السويداء يتم إثراء الأنواع في الغالب في "صيانة استقرار الحمض النووي/الكروماتين" وظيفة. يشير هذا إلى أن دور "الحفاظ على استقرار الحمض النووي/الكروماتين" قد يلعب دورًا حاسمًا في تحمل الملح السويداء النباتات.

لمزيد من التحقق من صحة الملاحظات المذكورة أعلاه، أجرينا تحليل RNA-seq الزمني على نباتات السويداء المعالجة بالملح. تم عرض التحليل العنقودي للجينات المعبر عنها تفاضليًا في نقاط زمنية مختلفة بعد معالجة الملح في الشكل 4A، B. والجدير بالذكر أنه تم تحديد الجينات الانتقالية كآلية استجابة مستقرة لـ S. جلوكا للتعامل مع الإجهاد الملح. ومن المثير للاهتمام أن الجينات الانتقالية المنتظمة في الأوراق كانت مرتبطة بشكل أساسي بـ إصلاح الحمض النووي واستقرار الكروموسومy، جنبًا إلى جنب مع GO التخصيب المتعلق بـ عملية التخليق الحيوي للدهون و عملية التمثيل الغذائي للأيزوبرنويد. هذه النتائج تتفق مع التحليل السابق ل S. جلوكا توسيع عائلة الجينات (الشكل 4C). بالإضافة إلى ذلك، أشار تحليل عوامل النسخ على نطاق الجينوم إلى توسع كبير في عائلة الجينات FAR1 (راجع النص الكامل للحصول على التفاصيل). ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد الدور الدقيق لعائلة الجينات FAR1 في تحمل الملح في S. glauca.

في هذه الدراسة، نحن دي نوفو قام بتجميع الجينوم الفردي لـ S. glauca على مستوى الكروموسومات. تسلسل الجينوم عالي الجودة، والشروح واسعة النطاق، مما يجعله جينومًا مرجعيًا للنباتات الملحية S. جلوكا. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتوضيح آلية جديدة لتحمل الملح تتضمن "صيانة استقرار الحمض النووي/الكروماتين" في النباتات الملحية. على حد علمنا، تعد آلية تحمل الملح هذه اكتشافًا حديثًا داخل النباتات الملحية، ومن المحتمل أن تقدم رؤى وطرقًا جديدة لتعزيز تحمل المحاصيل للملح.

# # #

مراجع حسابات

المؤلفون

يان تشينغ، جين صن، منغوي جيانغ، زيتشيانغ لو، يو وانغ، يانهوي ليو، ويمينغ لي، بينج هو، تشونشينغ دونغ، كانجزهو يي، زيكسيان لي، فانغ دينغ، لولو وانغ، لينغ كاو، شيجيانغ كاو، تشنغ لانغ بان، بينج تشنغ ، شنغ وانغ، محمد أسلم، هونغ وانغ، يوان تشين

الانتماءات

¹مختبر الدولة الرئيسي لمكافحة الآفات البيئية لمحاصيل فوجيان وتايوان، كلية وقاية النباتات، مختبر مقاطعة فوجيان الرئيسي لبيولوجيا النظم النباتية التطبيقية، مركز علم الجينوم والتكنولوجيا الحيوية، كلية علوم الحياة، جامعة فوجيان للزراعة والغابات، فوتشو 350002، الصين ;

²معهد بينجتان للعلوم والتكنولوجيا، جامعة فوجيان للزراعة والغابات، فوتشو 350400، الصين؛

³قسم الكيمياء الحيوية والأحياء الدقيقة والمناعة، جامعة ساسكاتشوان، ساسكاتون، SK S7N 5E5، كندا؛

⁴كلية الزراعة، جامعة فوجيان للزراعة والغابات، فوتشو 350002، الصين؛

⁵كلية الغابات، جامعة فوجيان للزراعة والغابات، فوتشو 350002، الصين؛

⁶مختبر فوجيان كي للحفظ والاستخدام المستدام للتنوع البيولوجي البحري، معهد فوتشو لعلوم المحيطات، جامعة مينجيانغ، فوتشو، 350108، الصين

من نحن يوان تشين

الدكتور تشين يوان شخصية أكاديمية متميزة حاصلة على درجة الدكتوراه. في علم الأحياء التنموي. تشغل حاليًا مناصب أستاذ ومشرف الدكتوراه وعميد كلية علوم الحياة في جامعة فوجيان للزراعة والغابات.

بدأت رحلتها الأكاديمية بالحصول على درجة البكالوريوس في الصيدلة من جامعة ووهان عام 2001، تلتها درجة الدكتوراه. حصلت على درجة الدكتوراه في علم الأحياء التنموي من نفس المؤسسة في عام 2006. وبين عامي 2006 و2009، أجرت أبحاث ما بعد الدكتوراه في قسم علوم النبات في جامعة أريزونا في الولايات المتحدة. وبعد ذلك، في الفترة من 2009 إلى 2014، عملت كباحثة مشاركة في معهد فسيولوجيا النبات والبيئة داخل معاهد شنغهاي للعلوم البيولوجية، الأكاديمية الصينية للعلوم. منذ عام 2014، عملت أستاذة متفانية في جامعة فوجيان للزراعة والغابات.

لقد أكسبتها مساهمات الدكتورة تشين الاستثنائية وخبراتها العديد من الجوائز التقديرية. تم تقديرها باعتبارها موهبة رفيعة المستوى من الفئة ب في مقاطعة فوجيان وحصلت على جائزة العلوم الطبيعية لمقاطعة فوجيان (الجائزة الثانية) في عام 2020 باعتبارها المؤلفة الرئيسية. وهي حاصلة على "الصندوق الوطني للعلماء الشباب المتميزين" المرموق و"زمالة نيوتن المتقدمة" المرموقة كجزء من برنامج المواهب الصينية البريطانية. علاوة على ذلك، فهي تابعة لـ "برنامج المائة موهبة" وتشغل مناصب رئيسية في قيادة التعليم العالي في مقاطعة فوجيان. تمتد مساهماتها إلى ما هو أبعد من الأوساط الأكاديمية. وهي أستاذة "Minjiang Scholar" المعينة خصيصًا وخبيرة متميزة في منطقة Guangxi Zhuang ذاتية الحكم.

تمتد إنجازات الدكتور تشين إلى العديد من الجوائز، بما في ذلك جائزة فوجيان للعلوم والتكنولوجيا للشباب، وجائزة فوجيان يونشنغ للعلوم والتكنولوجيا للشباب، وميدالية فوجيان للشباب الرابع من مايو. وقد تم تكريمها أيضًا بجائزة التدريس "صندوق هندسة المعلم الصاعد والفاضل". بالإضافة إلى ذلك، قادت فريقًا للحصول على الجائزة البرونزية في المسابقة الوطنية للابتكار وريادة الأعمال لما بعد الدكتوراه.

تشمل محفظتها البحثية المؤثرة أكثر من عشرة مشاريع وطنية وإقليمية، تشمل مجالات مثل "مشروع التعاون الدولي للعلوم الطبيعية الوطنية"، و"المشروع الرئيسي للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية للصندوق المشترك عبر المضيق"، و"الصندوق الوطني للعلماء الشباب المتميزين في العلوم الطبيعية". "المشروع"، و"المشروع العام للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية". تتمحور أبحاثها حول تنمية تكاثر النبات، وبلغت ذروتها في ثلاثة كتب/فصول مؤلفة وخمس براءات اختراع. تنعكس منحة الدكتور تشين في أكثر من 80 منشورًا ذا صلة، بما في ذلك أكثر من 60 ورقة بحثية مفهرسة بـ SCI في مجلات مرموقة مثل PNAS، وCurrent Biology، وPlant Cell، وغيرها.

يمتد التزام الدكتور تشين إلى الأدوار التحريرية، بما في ذلك نائب رئيس تحرير "Journal of Tropical Biology"، وكعضو في هيئة تحرير مجلات مثل "Communications Biology"، و"Tropical Plant Biology"، و"Subtropical Plant Science". ". كما أنها تساهم بنشاط في اللجان الأكاديمية، مثل اللجنة الخاصة لبيولوجيا الخلية التابعة للجمعية النباتية في الصين. ويؤكد دورها كمراجعة للجولة الثانية للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية ومقيمة لـ "برنامج آلاف المواهب الشابة" على خبرتها وتأثيرها.

ويتجلى تفانيها في التعليم من خلال إشرافها على طلاب الدراسات العليا، حيث حصل العديد منهم على ثلاث جوائز إقليمية لأطروحة الدكتوراه المتميزة وجائزة أطروحة الماجستير الإقليمية المتميزة.

للاستفسار أو الاتصال، يمكن الوصول إلى الدكتور تشين يوان على [البريد الإلكتروني محمي].