Ocena zmian profilu ekspresji genów kandydujących w podkładkach jabłoni o odmiennym stopniu tolerancji mrozowej
Sylwia Keller-Przybyłkowicz
sylwia.keller@inhort.plZakład Hodowli Roślin Ogrodniczych, Instytut Ogrodnictwa, ul. Konstytucji 3 Maja 1/3, 96‒100 Skierniewice (Poland)
http://orcid.org/0000-0002-3473-9706
Mariusz Lewandowski
Zakład Hodowli Roślin Ogrodniczych, Instytut Ogrodnictwa, ul. Konstytucji 3 Maja 1/3, 96‒100 Skierniewice (Poland)
http://orcid.org/0000-0002-4852-5514
Abstrakt
Celem przeprowadzonych badań była identyfikacja genów sprzężonych z cechą mrozoodporności podkładek jabłoni. Ocenę zmian w poziomie ekspresji wyizolowanych genów przeprowadzono metodami RNAseq i qRT-PCR, dla podkładek zróżnicowanych po względem stopnia tolerancji mrozowej: P 66 (tolerancyjna) i M.9 (wrażliwa).
W wyniku przeprowadzonych odczytów sekwencji RNA (sekwencjonowanie de novo w systemie Illumina Solid) dla w/w podkładek zidentyfikowano około 167 milionów odczytów unikatowych sekwencji, z których do wstępnych badań weryfikacyjnych wytypowano 15 o zróżnicowanym profilu ekspresji. Sekwencje poddano adnotacji funkcjonalnej. Wytypowane geny kodują: białka strukturalne i integralne błon komórkowych i wakuoli komórkowych, czynników transkrypcyjnych, białek regulujących transport międzykomórkowy i wewnątrzkomórkowy, białek hydrolizujących wiązania C-O i C-N oraz białek wiążących makro- i mikroelementy. Celem weryfikacji typu regulacji sekwencji transkryptomu uzyskanych z sekwencjonowania nowej generacji (NGS), dla tych samych prób przeprowadzono ilościową analizę transkryptu genów (qRT-PCR). Spośród badanych genów, trzy reprezentowały identyczny typ regulacji w badanych układach eksperymentalnych RNA-seq i qRT-PCR. Wytypowane geny stanowią potencjalne sekwencje kandydujące do sporządzenia markerów funkcjonalnych, umożliwiających wczesną selekcję podkładek jabłoni tolerancyjnych na mróz.
Instytucje finansujące
Słowa kluczowe:
adnotacja funkcjonalna genów, Malus domestica Borkh., sekwencjonowanie, profil ekspresji, ilościowa reakcja amplifikacjiBibliografia
Artlip, T. S., Callahan, A.M., Bassett, C.L., Wisniewski, M.E. (1997). Seasonal expression of a dehydrin in sibling deciduous and evergree genotypes of peach (Prunus persica [L.] Batsch). Plant Molecular Biology, 33: 61‒70.
Google Scholar
Aygun, A. (2005). The late spring frost hardiness of some apple varieties at various stage of flower buds. Tarim Bilimeri Degrisi, 11 (3): 283‒285.
Google Scholar
Bai Y, Dougherty, L., Xu, K. (2014). Towards an improved apple reference transcriptome using RNA-seq. Mol. Genet Genomics, 289: 427‒438.
Google Scholar
Callesen, O. (1996). Testing 20 apple rootstocks. VI Inter.Symposium on Integrated Canopy, Rootstock, Environmental Physiol.in Orchard Systems. Acta Hort., 451: 137‒146.
Google Scholar
Chinnusamy, V., Zhu, J., Zhu, J. K. (2006). Gene regulation during cold acclimation in plants. Physiol. Plant., 126: 52‒61. DOI: 10.1111/j.1399‒3054.2006.00596.
Google Scholar
Du, X., Xiao, Q., Zhao, R., Wu, F., Xu, Q., Chong, K., Meng, Z. (2008). TrMADS3, a New Mad-box gene, from a perennial species Taihangiarupestris is upregulated by cold and experiences seasonal fluctuation in expression level. Dev. Genes Evol., 218: 281‒292.
Google Scholar
Edwards, D., Batley, J. (2010). Plant genome sequencing: applications for crop improvement. Plant Biotechnology Journal, 8 (10): 2‒9.
Google Scholar
Feng M-X., Zhao, Q., Zhao L-L., Qiao, Y., Xie X-B., Li H-F., Yao Y-X., You C-X., Hao Y-J. (2012). The cold-induced basis helix-loop-helix transcrition factor gene MdCIbHLH1 encodes ans ICE-like protein in apple. Plant Biology, 12: 22.
Google Scholar
Gilmour, S. J., Zarka, D.G., Stockinger, E. J., Salazar, M. P., Houghton J. M., Thomashow, M. F. (1998). Low temperature regulation of the Arabidopsis CBF family of AP2 transcriptional activators as an early step in cold induced COR gene expression. The Plant Journal, 16: 433‒442. DOI: 10.1046/j.1365‒313x.1998.00310.
Google Scholar
Girardi, C. L., Rombaldi, C. V., Cero, J. D., Nobile, P. M., Laurens, F., Bouzayen, M., Quecini, V. (2013). Genome-wide analysis of the AP2/ERF superfamily in apple and transcriptional evidence of ERF involvement in scab pathogenesis. Scientia Horticulturae, 151: 112‒121.
Google Scholar
Everaert C, Luypaert M, Maag, J. L. V., Cheng, Quek Xiu, Marcel, E. (2017). Benchmarking of RNA-sequencing analysis workflows using wholetranscriptomeRT-qPCR expression. Nature: 7. 1559. DOI: 10.1038/s41598‒017‒01617‒3
Google Scholar
Imelfort, M., Edwards, D. (2009). De novo sequencing of plant genomes using second-generation technologies. Briefings in Bioinformatics, 10 (6): 609‒618.
Google Scholar
Kalberer, S., Wisniewski, M., Arora, R. (2006). Deaclimation and reaclimation of cold-hardy plants: Current understanding and emerging concepts. Plant Scince, 171: 3‒16.
Google Scholar
Kumar, S., Blaxter, M. L. (2010). Comparing de novo assemblers for 454 transcriptome data. BMC Genomics, 11: 571.
Google Scholar
Luby, J. J. (1991). Breeding cold-hardy fruit crops in Minnesota. HortSci., 26: 507‒512.
Google Scholar
Medina, J., Bargues, M., Terol, J., Perez-Alonso, M., Salinas, J. (1999). The Arabidopsis CBF gene family is composed of three genes encoding AP2 domain-containing proteins whose expression is regulated by low temperature but not by abscisic acid or dehydration. Plant Physiol., 119: 463‒469.
Google Scholar
Medina, J., Catalá, R., Salinas, J. (2011). The CBFs: Three Arabidopsis transcription factors to cold acclimate. Plant Science, 180: 3‒11.
Google Scholar
Orvar Bjorn, L., Sangwan, V., Omann, F., Dhirdsa, R. S. (2000). Early steps in cold sensing by plant cells: the role of actin, cytosceleton and membrane fluidity. The Plant Journal, 23 (6): 785‒794.
Google Scholar
Quamme, H.A. (1990). Cold hardiness of apple rootstocks. Com.Fruit Tree, 23: 11‒16.
Google Scholar
Takata, N., Kasuga, J., Takezawa, D., Arakawa, K., Fujikawa, S. (2007). Gene expression associated with increased supercooling capability in xylem parenhyma cells of larch (Larix kaempferi). Journal of Experimental Botany, 58 (13). 3731‒3742.
Google Scholar
Thomashow, M. F. (1998). Role of Cold-Responsive genes in plant freezing tolerance. Plant Physiol., 118: 1‒7. DOI.org/10.1104/pp.118.1.1.
Google Scholar
Velasco, R., Zharkikh, A., Affourtit, J., Dhingra, A., Cestaro, A., Kalyanaraman, A., Fontana, P., Bhatnagar, S. K., Troggio, M., Pruss, D., Salvi, S., Pindo, M., Baldi, P., Castelletti, S., Cavaiuolo, M., Coppola, G., Costa, F., Cova, V., Dal Ri, A., Goremykin, V., Komjanc, M., Longhi, S., Magnago, P., Malacarne, G., Malnoy, M., Micheletti, D., Moretto, M., Perazzolli, M., Si-Ammour, A., Vezzulli, S., Zini, E., Eldredge, G., Fitzgerald, L. M., Gutin, N., Lanchbury, J., Macalma, T., Mitchell, J. T., Reid, J., Wardell, B., Kodira, C., Chen, Z., Desany, B., Niazi, F., Palmer, M., Koepke, T., Jiwan, D., Schaeffer, S., Krishnan, V., Wu, C., Chu, V.T., King, S.T., Vick, J., Tao, Q., Mraz, A., Stormo, A., Stormo, K., Bogden, R., Ederle, D., Stella, A., Vecchietti, A., Kater, M.M., Masiero, S., Lasserre, P., Lespinasse, Y., Allan, A.C., Bus, V., Chagné, D., Crowhurst, R.N., Gleave, A.P., Lavezzo, E., Fawcett, J.A., Proost, S., Rouzé, P., Sterck, L., Toppo, S., Lazzari, B., Hellens, R.P., Durel, C.E., Gutin, A., Bumgarner, R.E., Gardiner, S.E., Skolnick, M., Egholm, M., Van de Peer, Y., Salamini, F., Viola, R. (2010). The genome of the domesticated apple (Malus x domestica Borkh.). Nature Genetics, 42 (10): 833‒841.
Google Scholar
Wisniewski, M., Basset, C., Gusta, V. L. (2003). An overview of cold hardiness in woody plants: Seeing the forest through the trees. HortScience, 38 (5): 952‒959.
Google Scholar
Wisniewski, M., Bassett C, Norelli, J., Artlip, T. (2007). Using biotechnology to improve resistance to environmental stress in fruit crops: The importance of understanding physiology. Acta Hort., 738: 145‒156.
Google Scholar
Wiśniewski, M., Bassett, C., Norelli, J., Macarisisn, D., Artlip, T., Gasic, K., Korban, S. (2008). Expressed sequence tag analysis of the response of apple (Malus x domestica ‘Royal Gala’) to low temperature and water deficit. Phisiologia Plantarum, 133: 298‒317.
Google Scholar
Wisniewski, M., Norelli, J., Bassett, C., Artlip, T., Macarisin, D. (2011). Ectopic expression of novel peach (Prunus persica) CBF transcription factor in apple (Malus x domestica) results in short–day induced dormancy and increased cold hardiness. Planta, 233 (5): 971‒983.
Google Scholar
Xu. (2010). The Apple genome: A delicious promise. New York Fruit Quarterly, 18 (4): 11‒14
Google Scholar
Zeng, Ying, Yang, Tao (2002): RNA isolation from highly viscous samples rich in polyphenols and polysaccharides. Plant Molecular Biology Reporter, 20, 417‒417
Google Scholar
Zhao, T., Liang, D., Wang, P., Liu, J., Ma F. (2012). Genome –wide analysis and expression profiling of the DREB transctiption factor gene family in Malus under abiotic stress. Mol. Genet. Genomics, 287: 423‒436.
Google Scholar
Autorzy
Sylwia Keller-Przybyłkowiczsylwia.keller@inhort.pl
Zakład Hodowli Roślin Ogrodniczych, Instytut Ogrodnictwa, ul. Konstytucji 3 Maja 1/3, 96‒100 Skierniewice Poland
http://orcid.org/0000-0002-3473-9706
Autorzy
Mariusz LewandowskiZakład Hodowli Roślin Ogrodniczych, Instytut Ogrodnictwa, ul. Konstytucji 3 Maja 1/3, 96‒100 Skierniewice Poland
http://orcid.org/0000-0002-4852-5514
Statystyki
Abstract views: 339PDF downloads: 203 PDF downloads: 55
Licencja
Prawa autorskie (c) 2020 Sylwia Keller-Przybyłkowicz
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Z chwilą przekazania artykułu, Autorzy udzielają Wydawcy niewyłącznej i nieodpłatnej licencji na korzystanie z artykułu przez czas nieokreślony na terytorium całego świata na następujących polach eksploatacji:
- Wytwarzanie i zwielokrotnianie określoną techniką egzemplarzy artykułu, w tym techniką drukarską oraz techniką cyfrową.
- Wprowadzanie do obrotu, użyczenie lub najem oryginału albo egzemplarzy artykułu.
- Publiczne wykonanie, wystawienie, wyświetlenie, odtworzenie oraz nadawanie i reemitowanie, a także publiczne udostępnianie artykułu w taki sposób, aby każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i w czasie przez siebie wybranym.
- Włączenie artykułu w skład utworu zbiorowego.
- Wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej na platformy elektroniczne lub inne wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej do Internetu, lub innej sieci.
- Rozpowszechnianie artykułu w postaci elektronicznej w internecie lub innej sieci, w pracy zbiorowej jak również samodzielnie.
- Udostępnianie artykułu w wersji elektronicznej w taki sposób, by każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i czasie przez siebie wybranym, w szczególności za pośrednictwem Internetu.
Autorzy poprzez przesłanie wniosku o publikację:
- Wyrażają zgodę na publikację artykułu w czasopiśmie,
- Wyrażają zgodę na nadanie publikacji DOI (Digital Object Identifier),
- Zobowiązują się do przestrzegania kodeksu etycznego wydawnictwa zgodnego z wytycznymi Komitetu do spraw Etyki Publikacyjnej COPE (ang. Committee on Publication Ethics), (http://ihar.edu.pl/biblioteka_i_wydawnictwa.php),
- Wyrażają zgodę na udostępniane artykułu w formie elektronicznej na mocy licencji CC BY-SA 4.0, w otwartym dostępie (open access),
- Wyrażają zgodę na wysyłanie metadanych artykułu do komercyjnych i niekomercyjnych baz danych indeksujących czasopisma.
Inne teksty tego samego autora
- Mariusz Lewandowski, Sylwia Keller-Przybyłkowicz, Wartość hodowlana wybranych odmian jabłoni (Malus domestica) pod względem odporności na parcha i mączniaka jabłoni , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 291 (2020): Wydanie specjalne
- Sylwia Keller-Przybyłkowicz, Agnieszka Masny, Bogusława Idczak, Krystyna Strączyńska, Abdelrahmen Mostafa Abdelwahab Mohamed, Przygotowanie populacji mapującej uzyskanej ze skrzyżowania odmian ‘Elsanta’ i ‘Senga Sengana’ dla analizy regionów QTL sprzężonych z wybranymi cechami użytkowymi gatunku Fragaria. , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 291 (2020): Wydanie specjalne
- dr inż. Mariusz Lewandowski , Sylwia Keller-Przybyłkowicz, Małgorzata Korbin, Edward Żurawicz, Analiza genetyczna i molekularna wybranych genotypów jabłoni (Malus domestica) dla skrócenia okresu juwenilnego i poprawy jakości owoców , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- prof. dr hab. Małgorzata Korbin , Sylwia Keller-Przybyłkowicz, Agnieszka Masny, Bogusława Idczak, Krystyna Strączyńska, Badania nad saturacją mapy genetycznej ‘Elsanta’ × ‘Senga Sengana’ pod kątem lokalizacji genów sprzężonych z ważnymi cechami użytkowymi truskawki (Fragaria × ananassa) , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- dr Sylwia Keller-Przybyłkowicz, Mariusz Lewandowski, Małgorzata Korbin, Poszukiwanie regionów DNA sprzężonych z tolerancją wegetatywnych podkładek jabłoni na niskie temperatury poprzez analizę transkryptomu i ocenę stopnia polimorfizmu genów kandydujących , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
