Genome-Wide identification and analysis of the AHL gene family in cotton (Gossypium)
Creators
- 1. Cotton Research Institute
- 2. Anyang Institute of Technology
- 3. Shihezi University
Description
Abstract Background: Members of the AT-HOOK MOTIF CONTAINING NUCLEAR LOCALIZED (AHL) family are involved in various plant biological processes via protein-DNA and protein-protein interaction. However, the systematic identification and analysis of AHL gene family have yet not to be reported in cotton. Results: To investigate the potential functions of AHLs in cotton, genome-wide identification, expressions and structure analysis of the AHL gene family were performed in this study. 48, 51 and 99 AHL genes were identified from the G.raimondii, G.arboreum and G.hirsutum genome respectively. Phylogenetic trees showed that the AHLs in cotton evolved into 2 clades, Clade-A with 4-5 introns and Clade-B with intronless (excluding AHL20-2). Based on the composition of the AT-hook motif(s) and PPC/DUF 296 domain, AHL proteins were classified into three types (Type-I/-II/-III), with Type-I AHLs forming Clade-B, and the other two types together diversifying in Clade-A. The detection of synteny and collinearity showed that the AHLs expanded with specific WGD in cotton, and AHL20-2 showed the tendency of increasing intron in three different Gossypium spp. The ratios of non-synonymous (Ka) and synonymous (Ks) substitution rates of orthologous gene pairs revealed that the AHL genes of G.hirsutum had undergone through various selection pressures, purifying selection mainly in A-subgenome and positive selection mainly in D-subgenome. Examination of their expression patterns showed most of AHLs of Clade-B expressed predominantly in stem, while those of Clade-A in ovules, suggesting that the AHLs within each clade shared similar expression patterns with each other. qRT-PCR analysis further confirmed that some GhAHLs higher expression in stems and ovules. Conclusion: In this study, 48, 51 and 99 AHL genes were identified from three cotton genomes respectively. AHLs in cotton were classified into two clades by phylogenetic relationship and three type based on the composition of motif and domain. The AHLs expanded with segmental duplication, not tandem duplication. The expression profiles of GhAHLs revealed abundant differences in expression levels in various tissues and at different stages of ovules development. Our study provided significant insights into the potential functions of AHLs in regulating the growth and development in cotton.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
خلفية مجردة: يشارك أعضاء عائلة AT - HOOK التي تحتوي على عزر نووي موضعي (AHL) في مختلف العمليات البيولوجية النباتية عبر تفاعل البروتين والحمض النووي والبروتين والبروتين. ومع ذلك، لم يتم بعد الإبلاغ عن التحديد والتحليل المنهجيين لعائلة جين AHL في القطن. النتائج: للتحقيق في الوظائف المحتملة لـ AHLs في القطن، تم تحديد الهوية على مستوى الجينوم والتعبيرات وتحليل بنية عائلة جين AHL في هذه الدراسة. تم تحديد جينات 48 و 51 و 99 AHL من جينوم G.raimondii و G.arboreum و G.hirsutum على التوالي. أظهرت أشجار النشوء والتطور أن AHLs في القطن تطورت إلى صفين، CLADE - A مع 4-5 إنترونات و CLADE - B مع intronless (باستثناء AHL20 -2). استنادًا إلى تكوين عزر(عزر) خطاف AT ونطاق PPC/DUF 296، تم تصنيف بروتينات AHL إلى ثلاثة أنواع (النوع الأول/الثاني/الثالث)، مع تشكيل AHLs من النوع الأول Clade - B، والنوعين الآخرين معًا يتنوعان في Clade - A. أظهر الكشف عن التوليف والترابط الخطي أن AHLs تمدد مع WGD محدد في القطن، وأظهر AHL20 -2 ميلًا إلى زيادة الانترون في ثلاثة أنواع مختلفة من Gossypium spp. كشفت نسب معدلات الاستبدال غير المرادفة (Ka) والمرادفة (Ks) لأزواج الجينات المستقيمة أن جينات AHL من G.hirsutum قد خضعت لضغوط انتقاء مختلفة، وتنقية الانتقاء بشكل رئيسي في الجينوم الفرعي A والانتقاء الإيجابي بشكل رئيسي في الجينوم الفرعي D. أظهر فحص أنماط التعبير الخاصة بهم أن معظم الأحماض الدهنية عالية الكثافة في Clade - B تم التعبير عنها في الغالب في STEM، في حين أن تلك الموجودة في Clade - A في البويضات، مما يشير إلى أن الأحماض الدهنية عالية الكثافة داخل كل فرع تشترك في أنماط تعبير متشابهة مع بعضها البعض. أكد تحليل qRT - PCR كذلك أن بعض الأحماض الدهنية عالية الكثافة في السيقان والبويضات. الخلاصة: في هذه الدراسة، تم تحديد 48 و 51 و 99 جينًا من جينات AHL من ثلاثة جينومات قطنية على التوالي. تم تصنيف الأحماض الدهنية أحادية الهيدروجين في القطن إلى صفين حسب العلاقة التطورية وثلاثة أنواع بناءً على تكوين الزخارف والمجال. توسعت AHLs مع الازدواجية القطاعية، وليس الازدواجية الترادفية. كشفت ملفات تعريف التعبير عن البويضات الغالية عن اختلافات كبيرة في مستويات التعبير في الأنسجة المختلفة وفي مراحل مختلفة من تطور البويضات. قدمت دراستنا رؤى مهمة حول الوظائف المحتملة لـ AHLs في تنظيم النمو والتطور في القطن.Translated Description (French)
Résumé Contexte : Les membres de la famille AT-HOOK CONTENANT DES LOCALISATIONS NUCLÉAIRES (AHL) sont impliqués dans divers processus biologiques végétaux via l'interaction protéine-ADN et protéine-protéine. Cependant, l'identification et l'analyse systématiques de la famille de gènes AHL n'ont pas encore été rapportées dans le coton. Résultats : Pour étudier les fonctions potentielles des AHL dans le coton, l'identification, l'expression et l'analyse de la structure de la famille des gènes AHL à l'échelle du génome ont été effectuées dans cette étude. 48, 51 et 99 gènes AHL ont été identifiés respectivement à partir du génome de G.raimondii, G.arboreum et G.hirsutum. Les arbres phylogénétiques ont montré que les AHL du coton évoluaient en 2 clades, le Clade-A avec 4-5 introns et le Clade-B sans intron (hors AHL20-2). Sur la base de la composition du ou des motifs AT-hook et du domaine PPC/DUF 296, les protéines AHL ont été classées en trois types (Type-I/-II/-III), les AHL de Type-I formant le Clade-B, et les deux autres types se diversifiant ensemble dans le Clade-A. La détection de la synténie et de la colinéarité a montré que les AHL se développaient avec des WGD spécifiques dans le coton, et AHL20-2 a montré la tendance à augmenter l'intron dans trois différents Gossypium spp. Les rapports des taux de substitution non synonymes (Ka) et synonymes (Ks) des paires de gènes orthologues ont révélé que les gènes AHL de G.hirsutum avaient subi diverses pressions de sélection, purifiant la sélection principalement dans le sous-génome A et la sélection positive principalement dans le sous-génome D. L'examen de leurs modèles d'expression a montré que la plupart des AHL du Clade-B s'exprimaient principalement dans la tige, tandis que ceux du Clade-A dans les ovules, suggérant que les AHL de chaque clade partageaient des modèles d'expression similaires les uns avec les autres. L'analyse qRT-PCR a en outre confirmé que certains GhAHL exprimaient davantage dans les tiges et les ovules. Conclusion : Dans cette étude, 48, 51 et 99 gènes AHL ont été identifiés à partir de trois génomes de coton respectivement. Les AHL dans le coton ont été classés en deux clades par relation phylogénétique et trois types en fonction de la composition du motif et du domaine. Les AHL se sont étendus avec une duplication segmentaire, pas une duplication en tandem. Les profils d'expression des GhAHL ont révélé des différences abondantes dans les niveaux d'expression dans divers tissus et à différents stades de développement des ovules. Notre étude a fourni des informations importantes sur les fonctions potentielles des AHL dans la régulation de la croissance et du développement du coton.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes: Los miembros de la familia LOCALIZADA en el NÚCLEO (Ahl) QUE CONTIENE EL MOTIVO AT-HOOK están involucrados en diversos procesos biológicos de las plantas a través de la interacción proteína-ADN y proteína-proteína. Sin embargo, la identificación y el análisis sistemáticos de la familia de genes Ahl aún no se han informado en el algodón. Resultados: Para investigar las funciones potenciales de los Ahl en el algodón, se realizaron en este estudio la identificación de todo el genoma, las expresiones y el análisis de la estructura de la familia de genes Ahl. Se identificaron 48, 51 y 99 genes Ahl del genoma de G.raimondii, G.arboreum y G.hirsutum, respectivamente. Los árboles filogenéticos mostraron que las Ahl en el algodón evolucionaron en 2 clados, el clado A con 4-5 intrones y el clado B sin intrones (excluyendo AHL20-2). Con base en la composición de los motivos de gancho AT y el dominio PPC/DUF 296, las proteínas Ahl se clasificaron en tres tipos (Tipo-I/-II/-III), con Ahl de Tipo-I formando el Clado-B, y los otros dos tipos juntos diversificándose en el Clado-A. La detección de sintenia y colinealidad mostró que los Ahl se expandieron con WGD específico en algodón, y AHL20-2 mostró la tendencia a aumentar el intrón en tres especies diferentes de Gossypium. Las proporciones de tasas de sustitución no sinónimas (Ka) y sinónimas (Ks) de pares de genes ortólogos revelaron que los genes Ahl de G.hirsutum se habían sometido a diversas presiones de selección, purificando la selección principalmente en el subgenoma A y la selección positiva principalmente en el subgenoma D. El examen de sus patrones de expresión mostró que la mayoría de los Ahl del clado B se expresaban predominantemente en el tallo, mientras que los del clado A en los óvulos, lo que sugiere que los Ahl dentro de cada clado compartían patrones de expresión similares entre sí. El análisis qRT-PCR confirmó además que algunos GhAHL tenían una mayor expresión en tallos y óvulos. Conclusión: En este estudio, se identificaron 48, 51 y 99 genes Ahl de tres genomas de algodón, respectivamente. Los Ahl en algodón se clasificaron en dos clados por relación filogenética y tres tipos en función de la composición del motivo y el dominio. Los Ahl se expandieron con duplicación segmentaria, no con duplicación en tándem. Los perfiles de expresión de las GhAHL revelaron abundantes diferencias en los niveles de expresión en varios tejidos y en diferentes etapas del desarrollo de los óvulos. Nuestro estudio proporcionó información significativa sobre las funciones potenciales de los Ahl en la regulación del crecimiento y desarrollo del algodón.Files
v1.pdf.pdf
Files
(1.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:16ef2a85af5f1c7fa0854a4b27f139a1
|
1.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحديد وتحليل عائلة جين AHL على مستوى الجينوم في القطن (Gossypium)
- Translated title (French)
- Identification et analyse à l'échelle du génome de la famille des gènes AHL dans le coton (Gossypium)
- Translated title (Spanish)
- Identificación y análisis de todo el genoma de la familia de genes Ahl en algodón (Gossypium)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4234334134
- DOI
- 10.21203/rs.2.10337/v1
References
- https://openalex.org/W2008856488