Published February 14, 2011 | Version v1
Publication Open

Comparative Functional Genomics of Salt Stress in Related Model and Cultivated Plants Identifies and Overcomes Limitations to Translational Genomics

Creators

  • 1. Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology
  • 2. Instituto Tecnológico de Chascomús
  • 3. Ruhr University Bochum
  • 4. Noble Research Institute

Description

One of the objectives of plant translational genomics is to use knowledge and genes discovered in model species to improve crops. However, the value of translational genomics to plant breeding, especially for complex traits like abiotic stress tolerance, remains uncertain. Using comparative genomics (ionomics, transcriptomics and metabolomics) we analyzed the responses to salinity of three model and three cultivated species of the legume genus Lotus. At physiological and ionomic levels, models responded to salinity in a similar way to crop species, and changes in the concentration of shoot Cl− correlated well with tolerance. Metabolic changes were partially conserved, but divergence was observed amongst the genotypes. Transcriptome analysis showed that about 60% of expressed genes were responsive to salt treatment in one or more species, but less than 1% was responsive in all. Therefore, genotype-specific transcriptional and metabolic changes overshadowed conserved responses to salinity and represent an impediment to simple translational genomics. However, 'triangulation' from multiple genotypes enabled the identification of conserved and tolerant-specific responses that may provide durable tolerance across species.

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

Translated Description (Arabic)

أحد أهداف علم الجينوم الانتقالي النباتي هو استخدام المعرفة والجينات المكتشفة في الأنواع النموذجية لتحسين المحاصيل. ومع ذلك، فإن قيمة الجينوميات الانتقالية لتربية النباتات، خاصة بالنسبة للسمات المعقدة مثل تحمل الإجهاد اللاأحيائي، لا تزال غير مؤكدة. باستخدام علم الجينوم المقارن (علم الأيونات وعلم النسخ وعلم الأيض) قمنا بتحليل الاستجابات لملوحة ثلاثة نماذج وثلاثة أنواع مزروعة من جنس البقوليات لوتس. على المستويات الفسيولوجية والأيونية، استجابت النماذج للملوحة بطريقة مماثلة لأنواع المحاصيل، وارتبطت التغيرات في تركيز Cl- بشكل جيد بالتسامح. تم الحفاظ على التغيرات الأيضية جزئيًا، ولكن لوحظ الاختلاف بين الأنماط الجينية. أظهر تحليل الترانسكريبتوم أن حوالي 60 ٪ من الجينات التي تم التعبير عنها كانت تستجيب لمعالجة الملح في نوع واحد أو أكثر، ولكن أقل من 1 ٪ كانت تستجيب بشكل عام. لذلك، طغت التغييرات النسخية والأيضية الخاصة بالنمط الجيني على الاستجابات المحفوظة للملوحة وتمثل عائقًا أمام علم الجينوم الانتقالي البسيط. ومع ذلك، فإن "التثليث" من الأنماط الجينية المتعددة مكن من تحديد الاستجابات المحفوظة والمتسامحة التي قد توفر تحملاً دائمًا عبر الأنواع.

Translated Description (French)

L'un des objectifs de la génomique translationnelle des plantes est d'utiliser les connaissances et les gènes découverts dans les espèces modèles pour améliorer les cultures. Cependant, la valeur de la génomique translationnelle pour la sélection végétale, en particulier pour des traits complexes tels que la tolérance au stress abiotique, reste incertaine. En utilisant la génomique comparative (ionomique, transcriptomique et métabolomique), nous avons analysé les réponses à la salinité de trois espèces modèles et de trois espèces cultivées du genre de légumineuses Lotus. Aux niveaux physiologique et ionomique, les modèles ont répondu à la salinité d'une manière similaire aux espèces cultivées, et les changements dans la concentration de Cl− de la pousse étaient bien corrélés à la tolérance. Les changements métaboliques ont été partiellement conservés, mais des divergences ont été observées entre les génotypes. L'analyse du transcriptome a montré qu'environ 60 % des gènes exprimés répondaient au traitement au sel chez une ou plusieurs espèces, mais moins de 1 % répondaient chez toutes. Par conséquent, les changements transcriptionnels et métaboliques spécifiques au génotype ont éclipsé les réponses conservées à la salinité et représentent un obstacle à la génomique translationnelle simple. Cependant, la « triangulation » à partir de plusieurs génotypes a permis l'identification de réponses spécifiques conservées et tolérantes qui peuvent fournir une tolérance durable entre les espèces.

Translated Description (Spanish)

Uno de los objetivos de la genómica traslacional de plantas es utilizar el conocimiento y los genes descubiertos en especies modelo para mejorar los cultivos. Sin embargo, el valor de la genómica traslacional para el fitomejoramiento, especialmente para rasgos complejos como la tolerancia al estrés abiótico, sigue siendo incierto. Mediante genómica comparativa (ionómica, transcriptómica y metabolómica) analizamos las respuestas a la salinidad de tres especies modelo y tres cultivadas del género de leguminosas Lotus. A niveles fisiológicos e ionómicos, los modelos respondieron a la salinidad de manera similar a las especies de cultivos, y los cambios en la concentración de Cl− de los brotes se correlacionaron bien con la tolerancia. Los cambios metabólicos se conservaron parcialmente, pero se observó divergencia entre los genotipos. El análisis del transcriptoma mostró que alrededor del 60% de los genes expresados respondían al tratamiento con sal en una o más especies, pero menos del 1% respondía en todas. Por lo tanto, los cambios transcripcionales y metabólicos específicos del genotipo eclipsaron las respuestas conservadas a la salinidad y representan un impedimento para la genómica traslacional simple. Sin embargo, la "triangulación" de múltiples genotipos permitió la identificación de respuestas específicas conservadas y tolerantes que pueden proporcionar una tolerancia duradera en todas las especies.

Files

journal.pone.0017094&type=printable.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:b38ce0660df8cc903fdafb7eb89b2033
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يحدد علم الجينوم الوظيفي المقارن لإجهاد الملح في النموذج ذي الصلة والنباتات المزروعة القيود المفروضة على علم الجينوم الانتقالي ويتغلب عليها
Translated title (French)
Comparative Functional Genomics of Salt Stress in Related Model and Cultivated Plants Identifies and Overcomes Limitations to Translational Genomics
Translated title (Spanish)
La genómica funcional comparativa del estrés salino en el modelo relacionado y las plantas cultivadas identifica y supera las limitaciones de la genómica traslacional

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2075305735
DOI
10.1371/journal.pone.0017094

Is supplement to
https://openalex.org/W3038911652 (Other)
https://openalex.org/W2364993072 (Other)
https://openalex.org/W2364340602 (Other)
https://openalex.org/W2360935227 (Other)
https://openalex.org/W2356429006 (Other)
https://openalex.org/W2353729507 (Other)
https://openalex.org/W2129833142 (Other)
https://openalex.org/W2115576822 (Other)
https://openalex.org/W1540334899 (Other)
https://openalex.org/W1519370197 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1704956667
  • https://openalex.org/W1976583488
  • https://openalex.org/W1978170801
  • https://openalex.org/W1987367831
  • https://openalex.org/W2002529746
  • https://openalex.org/W2006386700
  • https://openalex.org/W2011483867
  • https://openalex.org/W2013069384
  • https://openalex.org/W2033407764
  • https://openalex.org/W2034309799
  • https://openalex.org/W2039182246
  • https://openalex.org/W2046726033
  • https://openalex.org/W2049504136
  • https://openalex.org/W2049987408
  • https://openalex.org/W2050136230
  • https://openalex.org/W2058762917
  • https://openalex.org/W2064344585
  • https://openalex.org/W2089179349
  • https://openalex.org/W2095779053
  • https://openalex.org/W2102979275
  • https://openalex.org/W2103634925
  • https://openalex.org/W2106566323
  • https://openalex.org/W2107615622
  • https://openalex.org/W2111022336
  • https://openalex.org/W2120212902
  • https://openalex.org/W2124619981
  • https://openalex.org/W2124862957
  • https://openalex.org/W2126392233
  • https://openalex.org/W2127801899
  • https://openalex.org/W2128605601
  • https://openalex.org/W2128741925
  • https://openalex.org/W2133194227
  • https://openalex.org/W2136487684
  • https://openalex.org/W2142263762
  • https://openalex.org/W2145993470
  • https://openalex.org/W2148717014
  • https://openalex.org/W2149095531
  • https://openalex.org/W2151346683
  • https://openalex.org/W2151936673
  • https://openalex.org/W2155421142
  • https://openalex.org/W2159770366
  • https://openalex.org/W2161449462
  • https://openalex.org/W2165704639
  • https://openalex.org/W2168617775
  • https://openalex.org/W2171350245