Published October 20, 2010 | Version v1
Publication Open

Transcriptome changes in grapevine (Vitis viniferaL.) cv. Malbec leaves induced by ultraviolet-B radiation

Creators

  • 1. Instituto de Biología Agrícola de Mendoza
  • 2. National University of Cuyo
  • 3. Instituto de Biologia Experimental e Tecnológica
  • 4. Centro Nacional de Biotecnología
  • 5. Consejo Superior de Investigaciones Científicas

Description

Abstract Background Ultraviolet-B radiation (UV-B, 280-315 nm) is a natural component of sunlight, which has numerous regulatory effects on plant physiology. The nature of the response to UV-B is dependent on fluence rate, dose, duration and wavelength of the UV-B treatment. Some reports have analyzed the changes in gene expression caused by UV-B light on several plant species using microarray technology. However, there is no information on the transcriptome response triggered by UV-B in grapevine. In this paper we investigate the gene expression responses of leaves from in vitro cultured Vitis vinifera cv. Malbec plants subjected to the same dose of biologically effective UV-B radiation (4.75 kJ m -2 d -1 ) administered at two different fluence rates (16 h at ≅ 8.25 μW cm -2 , 4 h at ≅ 33 μW cm -2 ) using a new custom made GrapeGen Affymetrix GeneChip ® . Results The number of genes modulated by high fluence rate UV-B doubled the number of genes modulated by low fluence UV-B. Their functional analyses revealed several functional categories commonly regulated by both UV-B treatments as well as categories more specifically modulated depending on UV-B fluence rate. General protective responses, namely the induction of pathways regulating synthesis of UV-B absorbing compounds such as the Phenylpropanoid pathway, the induction of different antioxidant defense systems and the activation of pathways commonly associated with pathogen defense and abiotic stress responses seem to play critical roles in grapevine responses against UV-B radiation. Furthermore, high fluence rate UV-B seemed to specifically modulate additional pathways and processes in order to protect grapevine plantlets against UV-B-induced oxidative stress, stop the cell cycle progression, and control protein degradation. On the other hand, low fluence rate UV-B regulated the expression of specific responses in the metabolism of auxin and abscisic acid as well as in the modification of cell walls that could be involved in UV-B acclimation-like processes. Conclusion Our results show the UV-B radiation effects on the leaf transcriptome of grapevine ( Vitis vinifera cv. Malbec) plantlets. Functional categories commonly modulated under both UV-B treatments as well as transcripts specifically regulated in an UV-B-intensity dependent way were identified. While high fluence rate UV-B had regulatory effects mainly on defense or general multiple-stress responses pathways, low fluence rate UV-B promoted the expression of genes that could be involved in UV-B protection or the amelioration of the UV-B-induced damage. This study also provides an extensive list of genes regulating multiple metabolic pathways involved in the response of grapevine to UV-B that can be used for future researches.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

خلفية مجردة الأشعة فوق البنفسجية- ب (UV - B، 280-315 نانومتر) هي مكون طبيعي لأشعة الشمس، والتي لها العديد من الآثار التنظيمية على فسيولوجيا النبات. تعتمد طبيعة الاستجابة للأشعة فوق البنفسجية ب على معدل الطلاقة والجرعة والمدة والطول الموجي للعلاج بالأشعة فوق البنفسجية ب. قامت بعض التقارير بتحليل التغيرات في التعبير الجيني الناجمة عن ضوء الأشعة فوق البنفسجية (ب) على العديد من الأنواع النباتية باستخدام تقنية المصفوفة الدقيقة. ومع ذلك، لا توجد معلومات عن استجابة الترانسكريبتوم التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية- ب في كرمة العنب. في هذه الورقة، نتحقق من استجابات التعبير الجيني للأوراق من Vitis vinifera cv المستزرعة في المختبر. تخضع نباتات مالبيك لنفس الجرعة من الأشعة فوق البنفسجية ب الفعالة بيولوجيًا (4.75 كج م -2 د -1 ) التي يتم إعطاؤها بمعدلي تألق مختلفين (16 ساعة عند 8.25 μW سم -2 ، 4 ساعات عند 33 μW سم -2 ) باستخدام GrapeGen Affymetrix GeneChip ® جديد مخصص. النتائج ضاعف عدد الجينات التي تم تعديلها بواسطة معدل التألق العالي للأشعة فوق البنفسجية- ب عدد الجينات التي تم تعديلها بواسطة معدل التألق المنخفض للأشعة فوق البنفسجية- ب. كشفت تحليلاتهم الوظيفية عن العديد من الفئات الوظيفية التي تنظمها عادة كل من علاجات الأشعة فوق البنفسجية- ب وكذلك الفئات التي تم تعديلها بشكل أكثر تحديدًا اعتمادًا على معدل التألق للأشعة فوق البنفسجية- ب. يبدو أن الاستجابات الوقائية العامة، وهي تحريض المسارات التي تنظم تخليق مركبات امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ب مثل مسار فينيل بروبانويد، وتحريض أنظمة الدفاع المختلفة المضادة للأكسدة وتنشيط المسارات المرتبطة عادة بالدفاع عن مسببات الأمراض واستجابات الإجهاد اللاأحيائي، تلعب أدوارًا حاسمة في استجابات كرمة العنب ضد الأشعة فوق البنفسجية ب. علاوة على ذلك، يبدو أن معدل التألق العالي UV - B يعدل على وجه التحديد المسارات والعمليات الإضافية من أجل حماية نباتات كرمة العنب من الإجهاد التأكسدي الناجم عن UV - B، ووقف تطور دورة الخلية، والتحكم في تدهور البروتين. من ناحية أخرى، ينظم معدل التألق المنخفض UV - B التعبير عن استجابات محددة في استقلاب الأوكسين وحمض الأبسيسيك وكذلك في تعديل جدران الخلايا التي يمكن أن تشارك في العمليات الشبيهة بالتأقلم UV - B. استنتاج تظهر نتائجنا آثار الأشعة فوق البنفسجية- ب على ترانسكريبتوم ورقة العنب ( Vitis vinifera cv. Malbec) النبتات. تم تحديد الفئات الوظيفية التي يتم تعديلها بشكل شائع في إطار كل من علاجات UV - B بالإضافة إلى النصوص التي يتم تنظيمها خصيصًا بطريقة تعتمد على كثافة UV - B. في حين أن معدل التألق المرتفع للأشعة فوق البنفسجية- ب كان له تأثيرات تنظيمية بشكل أساسي على مسارات الاستجابات الدفاعية أو العامة متعددة الإجهاد، فإن معدل التألق المنخفض للأشعة فوق البنفسجية- ب عزز التعبير عن الجينات التي يمكن أن تشارك في الحماية من الأشعة فوق البنفسجية- ب أو تحسين الضرر الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية- ب. توفر هذه الدراسة أيضًا قائمة واسعة من الجينات التي تنظم المسارات الأيضية المتعددة المشاركة في استجابة كرمة العنب للأشعة فوق البنفسجية ب التي يمكن استخدامها للأبحاث المستقبلية.

Translated Description (French)

Résumé Contexte Le rayonnement ultraviolet B (UV-B, 280-315 nm) est un composant naturel de la lumière solaire, qui a de nombreux effets régulateurs sur la physiologie des plantes. La nature de la réponse aux UV-B dépend du taux de fluence, de la dose, de la durée et de la longueur d'onde du traitement aux UV-B. Certains rapports ont analysé les changements dans l'expression des gènes causés par la lumière UV-B sur plusieurs espèces végétales à l'aide de la technologie des microréseaux. Cependant, il n'existe aucune information sur la réponse du transcriptome déclenchée par les UV-B dans la vigne. Dans cet article, nous étudions les réponses d'expression génique des feuilles de Vitis vinifera cv cultivées in vitro. Plantes de malbec soumises à la même dose de rayonnement UV-B biologiquement efficace (4,75 kJ m -2 j -1 ) administrée à deux vitesses de fluence différentes (16 h à 8,25 μW cm -2 , 4 h à 33 μW cm -2 ) en utilisant un nouveau GrapeGen Affymetrix GeneChip ® sur mesure. Résultats Le nombre de gènes modulés par un fort taux de fluence UV-B a doublé le nombre de gènes modulés par un faible taux de fluence UV-B. Leurs analyses fonctionnelles ont révélé plusieurs catégories fonctionnelles communément régulées par les deux traitements UV-B ainsi que des catégories plus spécifiquement modulées en fonction du taux de fluence UV-B. Les réponses protectrices générales, à savoir l'induction de voies régulant la synthèse des composés absorbant les UV-B tels que la voie phénylpropanoïde, l'induction de différents systèmes de défense antioxydants et l'activation de voies couramment associées à la défense des agents pathogènes et aux réponses au stress abiotique semblent jouer des rôles critiques dans les réponses de la vigne contre le rayonnement UV-B. De plus, le taux de fluence élevé des UV-B semblait moduler spécifiquement des voies et des processus supplémentaires afin de protéger les plantules de vigne contre le stress oxydatif induit par les UV-B, d'arrêter la progression du cycle cellulaire et de contrôler la dégradation des protéines. D'autre part, le faible taux de fluence UV-B a régulé l'expression de réponses spécifiques dans le métabolisme de l'auxine et de l'acide abscissique ainsi que dans la modification des parois cellulaires qui pourraient être impliquées dans les processus de type acclimatation UV-B. Conclusion Nos résultats montrent les effets du rayonnement UV-B sur le transcriptome foliaire de la vigne ( Vitis vinifera cv. Malbec). Des catégories fonctionnelles couramment modulées sous les deux traitements UV-B ainsi que des transcrits spécifiquement régulés de manière dépendante de l'intensité UV-B ont été identifiés. Alors qu'un taux de fluence élevé des UV-B avait des effets régulateurs principalement sur les voies de défense ou de réponses générales au stress multiple, un faible taux de fluence des UV-B favorisait l'expression de gènes qui pourraient être impliqués dans la protection des UV-B ou l'amélioration des dommages induits par les UV-B. Cette étude fournit également une liste exhaustive de gènes régulant de multiples voies métaboliques impliquées dans la réponse de la vigne aux UV-B qui peuvent être utilisés pour de futures recherches.

Translated Description (Spanish)

Antecedentes La radiación ultravioleta B (UV-B, 280-315 nm) es un componente natural de la luz solar, que tiene numerosos efectos reguladores sobre la fisiología de las plantas. La naturaleza de la respuesta a los rayos UV-B depende de la tasa de fluencia, la dosis, la duración y la longitud de onda del tratamiento con rayos UV-B. Algunos informes han analizado los cambios en la expresión génica causados por la luz UV-B en varias especies de plantas utilizando tecnología de micromatrices. Sin embargo, no hay información sobre la respuesta del transcriptoma desencadenada por UV-B en la vid. En este trabajo investigamos las respuestas de expresión génica de hojas de Vitis vinifera cv cultivadas in vitro. Plantas de Malbec sometidas a la misma dosis de radiación UV-B biológicamente eficaz (4,75 kJ m -2 d -1 ) administrada a dos velocidades de fluencia diferentes (16 h a "8,25 μW cm -2 , 4 h a" 33 μW cm -2 ) utilizando un nuevo GrapeGen Affymetrix GeneChip ® hecho a medida. Resultados El número de genes modulados por la alta tasa de fluencia UV-B duplicó el número de genes modulados por la baja fluencia UV-B. Sus análisis funcionales revelaron varias categorías funcionales comúnmente reguladas por ambos tratamientos UV-B, así como categorías más específicamente moduladas dependiendo de la tasa de fluencia UV-B. Las respuestas protectoras generales, a saber, la inducción de vías que regulan la síntesis de compuestos absorbentes de UV-B, como la vía fenilpropanoide, la inducción de diferentes sistemas de defensa antioxidante y la activación de vías comúnmente asociadas con la defensa de patógenos y las respuestas al estrés abiótico, parecen desempeñar un papel crítico en las respuestas de la vid contra la radiación UV-B. Además, la alta tasa de fluencia UV-B parecía modular específicamente las vías y procesos adicionales para proteger las plántulas de la vid contra el estrés oxidativo inducido por UV-B, detener la progresión del ciclo celular y controlar la degradación de las proteínas. Por otro lado, la baja tasa de fluencia UV-B reguló la expresión de respuestas específicas en el metabolismo de la auxina y el ácido abscísico, así como en la modificación de las paredes celulares que podrían estar involucradas en procesos similares a la aclimatación UV-B. Conclusión Nuestros resultados muestran los efectos de la radiación UV-B en el transcriptoma foliar de la vid ( Vitis vinifera cv. Malbec). Se identificaron categorías funcionales comúnmente moduladas bajo tratamientos UV-B, así como transcripciones específicamente reguladas de una manera dependiente de la intensidad UV-B. Si bien la alta tasa de fluencia UV-B tuvo efectos reguladores principalmente en las vías de defensa o respuestas generales de estrés múltiple, la baja tasa de fluencia UV-B promovió la expresión de genes que podrían estar involucrados en la protección UV-B o la mejora del daño inducido por UV-B. Este estudio también proporciona una extensa lista de genes que regulan múltiples vías metabólicas involucradas en la respuesta de la vid a los rayos UV-B que se pueden utilizar para futuras investigaciones.

Files

1471-2229-10-224.pdf

Files (1.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:87248e54dd48aa6351f00fe67ba25eb8
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تغييرات ترانسكريبتوم في كرمة العنب (Vitis viniferaL.) cv. أوراق مالبيك الناجمة عن الأشعة فوق البنفسجية ب
Translated title (French)
Modifications du transcriptome de la vigne (Vitis viniferaL.) cv. Feuilles de malbec induites par le rayonnement ultraviolet B
Translated title (Spanish)
Cambios en el transcriptoma de la vid (Vitis viniferaL.) cv. Hojas de Malbec inducidas por radiación ultravioleta B

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2139663327
DOI
10.1186/1471-2229-10-224

Is supplement to
https://openalex.org/W39970202 (Other)
https://openalex.org/W3194992200 (Other)
https://openalex.org/W2585103590 (Other)
https://openalex.org/W2554781113 (Other)
https://openalex.org/W2362418398 (Other)
https://openalex.org/W2352483995 (Other)
https://openalex.org/W2044669003 (Other)
https://openalex.org/W2008675906 (Other)
https://openalex.org/W2007979895 (Other)
https://openalex.org/W1966201501 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W102784996
  • https://openalex.org/W1539504803
  • https://openalex.org/W1899578943
  • https://openalex.org/W1946679520
  • https://openalex.org/W1951484229
  • https://openalex.org/W1964895990
  • https://openalex.org/W1965873920
  • https://openalex.org/W1975012039
  • https://openalex.org/W1975075709
  • https://openalex.org/W1986662234
  • https://openalex.org/W1989730190
  • https://openalex.org/W1991307739
  • https://openalex.org/W1991881586
  • https://openalex.org/W1997251667
  • https://openalex.org/W1997301339
  • https://openalex.org/W1998606413
  • https://openalex.org/W2001316724
  • https://openalex.org/W2005610031
  • https://openalex.org/W2008075138
  • https://openalex.org/W2009604792
  • https://openalex.org/W2010958487
  • https://openalex.org/W2012955049
  • https://openalex.org/W2013128880
  • https://openalex.org/W2014956626
  • https://openalex.org/W2019918708
  • https://openalex.org/W2024556021
  • https://openalex.org/W2031609604
  • https://openalex.org/W2036131768
  • https://openalex.org/W2041601223
  • https://openalex.org/W2043551820
  • https://openalex.org/W2050871254
  • https://openalex.org/W2051507147
  • https://openalex.org/W2060041263
  • https://openalex.org/W2061576771
  • https://openalex.org/W2065363746
  • https://openalex.org/W2065912475
  • https://openalex.org/W2072008344
  • https://openalex.org/W2073142030
  • https://openalex.org/W2077203181
  • https://openalex.org/W2081977969
  • https://openalex.org/W2082598282
  • https://openalex.org/W2087621957
  • https://openalex.org/W2090819212
  • https://openalex.org/W2092401751
  • https://openalex.org/W2093206783
  • https://openalex.org/W2096913764
  • https://openalex.org/W2097733705
  • https://openalex.org/W2100744249
  • https://openalex.org/W2103017472
  • https://openalex.org/W2107274287
  • https://openalex.org/W2107593640
  • https://openalex.org/W2115876683
  • https://openalex.org/W2116343015
  • https://openalex.org/W2117677283
  • https://openalex.org/W2120865735
  • https://openalex.org/W2124488815
  • https://openalex.org/W2126623160
  • https://openalex.org/W2129304037
  • https://openalex.org/W2138032440
  • https://openalex.org/W2142237411
  • https://openalex.org/W2146367163
  • https://openalex.org/W2147607421
  • https://openalex.org/W2154715941
  • https://openalex.org/W2155481116
  • https://openalex.org/W2156141258
  • https://openalex.org/W2156376904
  • https://openalex.org/W2158724283
  • https://openalex.org/W2159749953
  • https://openalex.org/W2162359095
  • https://openalex.org/W2162901601
  • https://openalex.org/W2163699174
  • https://openalex.org/W2165774563
  • https://openalex.org/W2167082201
  • https://openalex.org/W2168696142
  • https://openalex.org/W2168923587
  • https://openalex.org/W2170989872
  • https://openalex.org/W2336652586