Onlangs verscheen een onderzoeksartikel met de titel “Genoomsequentie op chromosoomschaal van Suaeda glauca werpt licht op de zoutstresstolerantie bij halofyten“, aangevuld door het team van professor Qin Yuan van het Center for Genomics, Haixia Institute of Science and Technology (Future Technology College) aan de Fujian Agriculture and Forestry University, is gepubliceerd in het best gerangschikte tijdschrift “Tuinbouwonderzoek” op het gebied van de tuinbouwkunde.

Bodemzoutgehalte is een groeiende zorg voor de mondiale gewasproductie en de duurzame ontwikkeling van de mensheid. Daarom is het van cruciaal belang om zouttolerantiemechanismen te begrijpen en zouttolerante genen te identificeren om de gewastolerantie tegen zoutstress te verbeteren. S. glauca, een halofytensoort die goed is aangepast aan de zeewateromgeving, bezit een uniek vermogen om hoge zoutconcentraties in zijn cellen te absorberen en vast te houden, vooral in zijn bladeren, wat duidt op de aanwezigheid van een duidelijk mechanisme voor zouttolerantie.

In deze studie hebben de auteurs uitgevoerd de novo opeenvolging van de S. glauca genoom. Het genoom heeft een grootte van 1.02 Gb (bestaande uit twee sets haplotypes) en bevat 54,761 geannoteerde genen, inclusief allelen en herhalingen. Vergelijkende genomische analyse onthulde een sterke synergie tussen de genomen van S. glauca en B. vulgaris. Van de S. glauca genoom bestaat 70.56% uit herhaalde sequenties, waarbij Retroelements het meest voorkomt (Fig. 1).

Door gebruik te maken van de allelbewuste assemblage van de S. glauca genoom onderzochten we genoombrede allelspecifieke expressie in de geanalyseerde monsters. De resultaten gaven aan dat de diversiteit in promotorsequenties zou kunnen bijdragen aan consistente allelspecifieke expressie (zie de volledige tekst voor details). De typische angiospermbloem bestaat uit vier kransen: kelkblad, bloemblad, meeldraad en carpel, hoewel bij sommige soorten afwijkingen van deze opstelling kunnen voorkomen. In S. glaucawerden slechts drie kransen waargenomen, waarbij de eerste kransen aanzienlijk verslechterd waren en de tweede kransen kelkbladachtige kenmerken vertoonden. De derde en vierde krans tonen het normale fenotype (figuur 2A). Om de kelkbladachtige identiteit van de tweede krans van de S. glauca flower analyseerden we de expressie van genen die betrokken zijn bij fotosynthese en aan chlorofylsynthese gerelateerde routes. De geclusterde hittekaarten lieten zien dat de expressiepatronen van de onderzochte genen in de tweede kransen vergelijkbaar waren met die van de kelkblaadjes. Bovendien werpt een systematische analyse van de ABCE-genfamilie licht op de vorming van S. glauca's bloemmorfologie, wat suggereert dat het disfunctioneren van A-klasse genen verantwoordelijk is voor de afwezigheid van bloemblaadjes S. glauca (Fig. 2).

Om een ​​diepgaand inzicht te krijgen in de zouttolerantiemechanismen in Sueda geslachtsplanten vanuit genomisch perspectief hebben we een vergelijkende genoomanalyse uitgevoerd tussen Sueda soorten, inclusief Suaeda aralocaspica (een zouttolerante plant binnen de Amarantaceae familie) en andere niet-zouttolerante soorten uit dezelfde familie. De resultaten onthulden een significante uitbreiding van genfamilies in deze twee zouttolerante Sueda soort, die in totaal 1840 genen omvat (Fig. 3A). Verrijkingsanalyse van deze genen onthulde een opmerkelijke verrijking van Gene Ontology (GO)-termen die hiermee verband houden DNA-reparatie, chromosoomstabiliteit, DNA-demethylering, kation binding en rood/verrood lichtsignalering routes binnen de gedeelde uitgebreide genfamilies van Sueda soorten (Fig. 3B). In vergelijking met niet-halofytische soorten in de Amarantaceae familie, de uitgebreide genen in Sueda soorten zijn voornamelijk verrijkt in de “Onderhoud van DNA/chromatinestabiliteit” functie. Dit suggereert dat de rol van “onderhoud van DNA/chromatine-stabiliteit” een cruciale rol kan spelen in de zouttolerantie van Sueda planten.

Om de bovengenoemde waarnemingen verder te valideren, hebben we een temporele RNA-seq-analyse uitgevoerd op met zout behandelde Suaeda-planten. Clusteranalyse van differentieel tot expressie gebrachte genen op verschillende tijdstippen na zoutbehandeling werd getoond in Fig. 4A, B. Met name werden de transitiegenen geïdentificeerd als een stabiel responsmechanisme voor S. glauca omgaan met zoutstress. Interessant genoeg werden de door de transitie opgereguleerde genen in bladeren voornamelijk geassocieerd met DNA-reparatie en chromosoomstability, samen met GO-verrijking gerelateerd aan biosynthetisch proces van lipiden en isoprenoïde metabolisch proces. Deze resultaten komen overeen met de eerdere analyse van de S. glauca uitbreiding van de genfamilie (Fig. 4C). Bovendien duidde genoombrede analyse van transcriptiefactoren op een significante uitbreiding van de FAR1-genfamilie (zie de volledige tekst voor details). Er is echter verder onderzoek nodig om de exacte rol van de FAR1-genfamilie in de zouttolerantie in S. glauca te bepalen.

In deze studie hebben wij de novo verzamelde het haploïde genoom van S. glauca op chromosomaal niveau. De genoomsequentie is van hoge kwaliteit en de annotatie is uitgebreid, waardoor het een referentiegenoom voor de halofyt is. S. glauca. Daarnaast hebben we een nieuw zouttolerantiemechanisme opgehelderd dat betrekking heeft op “onderhoud van DNA/chromatine-stabiliteit” in halofytische planten. Voor zover wij weten is dit mechanisme van zouttolerantie een recente ontdekking binnen halofytische planten, die mogelijk nieuwe inzichten en wegen biedt voor het verbeteren van de zouttolerantie van gewassen.

###

Referenties

auteurs

Yan Cheng, Jin Sun, Mengwei Jiang, Ziqiang Luo, Yu Wang, Yanhui Liu, Weiming Li, Bing Hu, Chunxing Dong, Kangzhuo Ye, Zixian Li, Fang Deng, Lulu Wang, Ling Cao, Shijiang Cao, Chenglang Pan, Ping Zheng , Sheng Wang, Mohammad Aslam, Hong Wang, Yuan Qin

AFFILIATIE

¹State Key Laboratory of Ecological Pest Control for Fujian and Taiwan Crops, College of Plant Protection, Fujian Provincial Key Laboratory of Haixia Applied Plant Systems Biology, Center for Genomics and Biotechnology, College of Life Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China ;

²Pingtan Instituut voor Wetenschap en Technologie, Fujian Landbouw- en Bosbouw Universiteit, Fuzhou 350400, China;

³Afdeling Biochemie, Microbiologie en Immunologie, Universiteit van Saskatchewan, Saskatoon, SK S7N 5E5, Canada;

⁴College van Landbouw, Fujian Land- en Bosbouw Universiteit, Fuzhou 350002, China;

⁵College voor Bosbouw, Fujian Landbouw- en Bosbouw Universiteit, Fuzhou 350002, China;

⁶Fujian Key Laboratory on Conservation and Sustainable Utilization of Marine Biodiversity, Fuzhou Institute of Oceanography, Minjiang University, Fuzhou, 350108, China

Over Yuan Qin

Dr. Qin Yuan is een vooraanstaande academische figuur met een Ph.D. in ontwikkelingsbiologie. Momenteel bekleedt ze de functie van hoogleraar, promotor en decaan van de School of Life Sciences aan de Fujian Agriculture and Forestry University.

Haar academische reis begon met een bachelordiploma in farmacie aan de Universiteit van Wuhan in 2001, gevolgd door een Ph.D. in Ontwikkelingsbiologie aan dezelfde instelling in 2006. Tussen 2006 en 2009 deed ze postdoctoraal onderzoek bij de afdeling Plantwetenschappen van de Universiteit van Arizona in de Verenigde Staten. Vervolgens was ze van 2009 tot 2014 Associate Researcher bij het Institute of Plant Physiology and Ecology binnen de Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences. Sinds 2014 is ze een toegewijd professor aan de Fujian Agriculture and Forestry University.

De uitzonderlijke bijdragen en expertise van Dr. Qin hebben haar talloze erkenningen opgeleverd. Ze wordt gewaardeerd als een talent van hoog niveau van klasse B in de provincie Fujian en ontving in 2020 de Fujian Provincial Natural Science Award (tweede prijs) als hoofdauteur. Ze is een ontvanger van het prestigieuze “National Excellent Young Scientist Fund” en de gewaardeerde “Newton Advanced Fellowship” als onderdeel van het Sino-British Talent Program. Bovendien is ze aangesloten bij het ‘Hundred Talents Program’ en bekleedt ze sleutelposities op het gebied van leiderschap in het hoger onderwijs in de provincie Fujian. Haar bijdragen reiken verder dan de academische wereld; zij is een speciaal aangestelde ‘Minjiang Scholar’-professor en een vooraanstaand expert in de autonome regio Guangxi Zhuang.

De prestaties van Dr. Qin strekken zich uit tot verschillende prijzen, waaronder de Fujian Youth Science and Technology Award, de Fujian Yunsheng Youth Science and Technology Award en de Fujian Youth May Fourth Medal. Ze is ook erkend met de onderwijsprijs ‘Upward and Virtuous Educator Engineering Fund’. Daarnaast leidde ze een team dat de Bronzen Prijs in de wacht sleepte in de Nationale Postdoctorale Innovatie- en Ondernemerschapswedstrijd.

Haar impactvolle onderzoeksportfolio omvat meer dan tien nationale en provinciale projecten, waaronder domeinen zoals het ‘National Natural Science International Cooperation Project’, ‘National Natural Science Foundation Key Project of Cross-Strait Joint Fund’, ‘National Natural Science Excellent Young Scientist Fund’ Project” en “Algemeen project van de Nationale Natuurwetenschappenstichting.” Haar onderzoek concentreert zich op de reproductieve ontwikkeling van planten, met als hoogtepunt drie geschreven boeken/hoofdstukken en vijf patenten op uitvindingen. De wetenschap van Dr. Qin wordt weerspiegeld in meer dan 80 relevante publicaties, waaronder meer dan 60 door de SCI geïndexeerde artikelen in gerenommeerde tijdschriften als onder meer PNAS, Current Biology en Plant Cell.

De inzet van Dr. Qin strekt zich uit tot redactionele functies, waaronder plaatsvervangend hoofdredacteur van het “Journal of Tropical Biology” en als lid van de redactieraad voor tijdschriften als “Communications Biology”, “Tropical Plant Biology” en “Subtropical Plant Science”. .” Ze draagt ​​ook actief bij aan academische commissies, zoals de Cell Biology Special Committee van de Botanical Society of China. Haar rol als tweederonde-recensent voor de National Natural Science Foundation en als evaluator voor het ‘Young Thousand Talents Program’ onderstreept haar expertise en invloed.

Haar toewijding aan het onderwijs komt tot uiting in haar begeleiding van afgestudeerde studenten, van wie velen drie Provincial Outstanding Doctoral Dissertation Awards en één Provincial Outstanding Master's Dissertation Award hebben ontvangen.

Voor vragen of contact kunt u Dr. Qin Yuan bereiken op [e-mail beveiligd].