Published January 25, 2021
| Version v1
Publication
Open
Deciphering the transcriptomic regulation of heat stress responses in <i>Nothofagus pumilio</i>
Creators
- 1. Polytechnic University of Bari
- 2. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química
- 3. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 4. Philipps University of Marburg
Description
Abstract Global warming is predicted to exert negative impacts on plant growth due to the damaging effect of high temperatures on plant physiology. Revealing the genetic architecture underlying the heat stress response is therefore crucial for the development of conservation strategies, and for breeding heat-resistant plant genotypes. Here we investigated the transcriptional changes induced by heat in Nothofagus pumilio , an emblematic tree species of the sub-Antarctic forests of South America. Through the performance of RNA-seq of leaves of plants exposed to 20°C (control) or 34°C (heat shock), we generated the first transcriptomic resource for the species. We also studied the changes in protein-coding transcripts expression in response to heat. We found 5,214 contigs differentially expressed between temperatures. The heat treatment resulted in a down-regulation of genes related to photosynthesis and carbon metabolism, whereas secondary metabolism, protein re-folding and response to stress were up-regulated. Moreover, several transcription factor families like WRKY or ERF were promoted by heat, alongside spliceosome machinery and hormone signaling pathways. Through a comparative analysis of gene regulation in response to heat in Arabidopsis thaliana, Populus tomentosa and N. pumilio we provide evidence of the existence of shared molecular features of heat stress responses across angiosperms, and identify genes of potential biotechnological application.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
من المتوقع أن يكون للاحترار العالمي آثار سلبية على نمو النبات بسبب التأثير الضار لارتفاع درجات الحرارة على فسيولوجيا النبات. لذلك فإن الكشف عن البنية الوراثية الكامنة وراء استجابة الإجهاد الحراري أمر بالغ الأهمية لتطوير استراتيجيات الحفظ، ولتربية الأنماط الوراثية النباتية المقاومة للحرارة. هنا قمنا بالتحقيق في التغييرات النسخية الناجمة عن الحرارة في Nothofagus pumilio، وهو نوع من الأشجار الرمزية لغابات شبه القارة القطبية الجنوبية في أمريكا الجنوبية. من خلال أداء تسلسل الحمض النووي الريبوزي لأوراق النباتات المعرضة لـ 20 درجة مئوية (التحكم) أو 34 درجة مئوية (الصدمة الحرارية)، أنشأنا أول مورد نصي للأنواع. درسنا أيضًا التغييرات في تعبير نصوص ترميز البروتين استجابة للحرارة. وجدنا 5,214 متجاورًا معبرًا عنها بشكل تفاضلي بين درجات الحرارة. أدت المعالجة الحرارية إلى انخفاض تنظيم الجينات المتعلقة بعملية التمثيل الضوئي واستقلاب الكربون، في حين تم زيادة تنظيم الأيض الثانوي وإعادة طي البروتين والاستجابة للإجهاد. علاوة على ذلك، تم الترويج للعديد من عائلات عوامل النسخ مثل WRKY أو ERF بواسطة الحرارة، إلى جانب آلات اللصق ومسارات إشارات الهرمونات. من خلال تحليل مقارن لتنظيم الجينات استجابة للحرارة في Arabidopsis thaliana و Populus tomentosa و N. pumilio، نقدم دليلاً على وجود سمات جزيئية مشتركة لاستجابات الإجهاد الحراري عبر كاسيات البذور، وتحديد الجينات ذات التطبيق التكنولوجي الحيوي المحتمل.Translated Description (French)
Résumé On prévoit que le réchauffement climatique aura des impacts négatifs sur la croissance des plantes en raison de l'effet néfaste des températures élevées sur la physiologie des plantes. La révélation de l'architecture génétique sous-jacente à la réponse au stress thermique est donc cruciale pour le développement de stratégies de conservation et pour la sélection de génotypes de plantes résistantes à la chaleur. Nous avons étudié ici les changements transcriptionnels induits par la chaleur chez Nothofagus pumilio , une espèce d'arbre emblématique des forêts subantarctiques d'Amérique du Sud. Grâce à la performance de l'ARN-seq des feuilles des plantes exposées à 20°C (témoin) ou 34°C (choc thermique), nous avons généré la première ressource transcriptomique pour l'espèce. Nous avons également étudié les changements dans l'expression des transcrits codant pour les protéines en réponse à la chaleur. Nous avons trouvé 5 214 contigs exprimés différemment entre les températures. Le traitement thermique a entraîné une régulation négative des gènes liés à la photosynthèse et au métabolisme du carbone, tandis que le métabolisme secondaire, le repliement des protéines et la réponse au stress étaient régulés à la hausse. De plus, plusieurs familles de facteurs de transcription comme WRKY ou ERF ont été promues par la chaleur, aux côtés de la machinerie des épissosomes et des voies de signalisation hormonale. Grâce à une analyse comparative de la régulation des gènes en réponse à la chaleur chez Arabidopsis thaliana, Populus tomentosa et N. pumilio, nous fournissons des preuves de l'existence de caractéristiques moléculaires communes des réponses au stress thermique chez les angiospermes et identifions des gènes d'application biotechnologique potentielle.Translated Description (Spanish)
Resumen Se predice que el calentamiento global ejercerá impactos negativos en el crecimiento de las plantas debido al efecto dañino de las altas temperaturas en la fisiología de las plantas. Por lo tanto, revelar la arquitectura genética subyacente a la respuesta al estrés por calor es crucial para el desarrollo de estrategias de conservación y para la reproducción de genotipos de plantas resistentes al calor. Aquí investigamos los cambios transcripcionales inducidos por el calor en Nothofagus pumilio , una especie arbórea emblemática de los bosques subantárticos de América del Sur. Mediante la realización de RNA-seq de hojas de plantas expuestas a 20°C (control) o 34°C (choque térmico), generamos el primer recurso transcriptómico para la especie. También estudiamos los cambios en la expresión de transcritos codificantes de proteínas en respuesta al calor. Encontramos 5.214 cóntigos expresados diferencialmente entre temperaturas. El tratamiento térmico resultó en una regulación negativa de los genes relacionados con la fotosíntesis y el metabolismo del carbono, mientras que el metabolismo secundario, el replegamiento de proteínas y la respuesta al estrés se regularon positivamente. Además, varias familias de factores de transcripción como WRKY o ERF fueron promovidas por el calor, junto con la maquinaria de espliceosomas y las vías de señalización hormonal. A través de un análisis comparativo de la regulación génica en respuesta al calor en Arabidopsis thaliana, Populus tomentosa y N. pumilio, proporcionamos evidencia de la existencia de características moleculares compartidas de las respuestas al estrés por calor en las angiospermas e identificamos genes de posible aplicación biotecnológica.Files
2021.01.25.428064.full.pdf.pdf
Files
(1.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b6c366dea13eba7a6e948c4fe261e42f
|
1.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- فك تشفير التنظيم النسخي لاستجابات الإجهاد الحراري في <i>Nothofagus pumilio</i>
- Translated title (French)
- Décryptage de la régulation transcriptomique des réponses au stress thermique chez <i>Nothofagus pumilio</i>
- Translated title (Spanish)
- Descifrando la regulación transcriptómica de las respuestas al estrés térmico en <i>Nothofagus pumilio</i>
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3122377488
- DOI
- 10.1101/2021.01.25.428064
References
- https://openalex.org/W1577577364
- https://openalex.org/W1739525866
- https://openalex.org/W1969353942
- https://openalex.org/W1977935969
- https://openalex.org/W1981546231
- https://openalex.org/W1983108156
- https://openalex.org/W1995800711
- https://openalex.org/W2011007693
- https://openalex.org/W2018306071
- https://openalex.org/W2018902666
- https://openalex.org/W2027847170
- https://openalex.org/W2032019813
- https://openalex.org/W2037119873
- https://openalex.org/W2040756306
- https://openalex.org/W2054287194
- https://openalex.org/W2061348356
- https://openalex.org/W2068614693
- https://openalex.org/W2085587146
- https://openalex.org/W2085882386
- https://openalex.org/W2092686336
- https://openalex.org/W2092919743
- https://openalex.org/W2100398195
- https://openalex.org/W2101786683
- https://openalex.org/W2103017472
- https://openalex.org/W2103805717
- https://openalex.org/W2106760391
- https://openalex.org/W2107277218
- https://openalex.org/W2111293030
- https://openalex.org/W2115186431
- https://openalex.org/W2118526609
- https://openalex.org/W2120902911
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2133009404
- https://openalex.org/W2136145671
- https://openalex.org/W2137136072
- https://openalex.org/W2141261198
- https://openalex.org/W2145760315
- https://openalex.org/W2155628349
- https://openalex.org/W2165037481
- https://openalex.org/W2169398878
- https://openalex.org/W2169456326
- https://openalex.org/W2179438025
- https://openalex.org/W2198194392
- https://openalex.org/W2227280755
- https://openalex.org/W2260099291
- https://openalex.org/W2283968365
- https://openalex.org/W2304426121
- https://openalex.org/W2332713712
- https://openalex.org/W2399889492
- https://openalex.org/W2481855603
- https://openalex.org/W2516811894
- https://openalex.org/W2517456288
- https://openalex.org/W2533355719
- https://openalex.org/W2547854432
- https://openalex.org/W2548592136
- https://openalex.org/W2562075734
- https://openalex.org/W2565615811
- https://openalex.org/W2586205120
- https://openalex.org/W2591300980
- https://openalex.org/W2592811885
- https://openalex.org/W2624995022
- https://openalex.org/W2766646187
- https://openalex.org/W2792698349
- https://openalex.org/W2793092033
- https://openalex.org/W2810796727
- https://openalex.org/W2883876921
- https://openalex.org/W2899841772
- https://openalex.org/W2900044275
- https://openalex.org/W2940908559
- https://openalex.org/W2943196453
- https://openalex.org/W2944057887
- https://openalex.org/W2963367647
- https://openalex.org/W2964732580
- https://openalex.org/W2965574859
- https://openalex.org/W2972756671
- https://openalex.org/W2976035184
- https://openalex.org/W2983263940
- https://openalex.org/W2989803253
- https://openalex.org/W3011787761
- https://openalex.org/W3019119825
- https://openalex.org/W3033726316
- https://openalex.org/W3082258116
- https://openalex.org/W4234811371
- https://openalex.org/W4239039618
- https://openalex.org/W4294216483