Published April 25, 2019
| Version v1
Publication
Open
Analysis of the diversity and tissue specificity of sucrose synthase genes in the long read transcriptome of sugarcane
Creators
- 1. ARC Centre of Excellence for Plant Success in Nature and Agriculture
- 2. Agriculture and Food
- 3. University of Queensland
- 4. Hue University
Description
Sugarcane accumulates very high levels of sucrose in the culm. Elucidation of the molecular mechanisms that allows such high sucrose synthesis and accumulation (up to 650 mM) is made difficult by the complexity of the highly polyploid genome. Here we report the use of RNA Seq data to characterize the sucrose synthase (SuSy) genes expressed in the transcriptome of the mature sugarcane plant.Four SuSy gene families were identified in the sugarcane Iso-Seq long read transcriptome (SUGIT) through gene annotation of transcripts that mapped to reference SuSy genes from sorghum and maize. In total, 38, 19, 14, and 2 transcripts were identified for the four corresponding SuSy genes 1, 2, 4 and 7, respectively. Comparative studies using available SuSy genes from sorghum (1, 2, 4, 6, 7) and maize (1-7) revealed that the sugarcane SuSy genes were interrupted by multiple introns and that they share a highly conserved gene structure. Spatial expression of the four SuSy genes in sugarcane genotypes and in the progenitor species, Saccharum spontaneum and Saccharum officinarum, was studied in the leaf and root tissues and also in three regions of the culm tissue; top, middle and bottom internodes. Expression profiles indicated that all SuSy transcripts were differentially expressed between the top and bottom tissues, with high expression in the top tissues, lower expression in the bottom and moderate expression in the middle, indicating a gradient of SuSy activity in the sugarcane culm. Further, the root tissue had similar expression levels to that of the top internodes while leaf tissues showed lower expression. In the progenitors, SuSy7 was found to be highly expressed in S. officinarum while the other three SuSy genes had moderate expression in both the progenitors.The high expression of the SuSy genes in sink tissues, the top internodes and the roots suggests functional roles in sucrose utilization to support growth. The SuSy7 gene has not been previously reported in sugarcane. As sugarcane is unique in storing such high amounts of sucrose, it is possible that there are more SuSy genes/isoforms with specific expression patterns to be discovered in this complex system.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتراكم قصب السكر مستويات عالية جدًا من السكروز في الذروة. يصعب توضيح الآليات الجزيئية التي تسمح بتوليف السكروز العالي وتراكمه (حتى 650 ملم) بسبب تعقيد الجينوم متعدد الصيغ الصبغية للغاية. نبلغ هنا عن استخدام بيانات تسلسل الحمض النووي الريبي لتوصيف جينات تخليق السكروز (SuSy) المعبر عنها في ترانسكريبتوم نبات قصب السكر الناضج. تم تحديد أربع عائلات من جينات SuSy في ترانسكريبتوم Iso - Seq طويل القراءة (SUGIT) من خلال التعليق التوضيحي الجيني للنصوص التي تم تعيينها للإشارة إلى جينات SuSy من الذرة الرفيعة والذرة. في المجموع، تم تحديد 38 و 19 و 14 و 2 نسخة للجينات الأربعة المناظرة SuSy 1 و 2 و 4 و 7 على التوالي. كشفت الدراسات المقارنة باستخدام جينات SuSy المتاحة من الذرة الرفيعة (1، 2، 4، 6، 7) والذرة (1-7) أن جينات SuSy من قصب السكر قد توقفت بسبب الإنترونات المتعددة وأنها تشترك في بنية جينية محفوظة للغاية. تمت دراسة التعبير المكاني لجينات SuSy الأربعة في الأنماط الجينية لقصب السكر وفي الأنواع السلف، Saccharum spontaneum و Saccharum officinarum، في أنسجة الأوراق والجذر وأيضًا في ثلاث مناطق من أنسجة الذروة ؛ العقد الباطنية العلوية والمتوسطة والسفلية. أشارت ملفات تعريف التعبير إلى أن جميع نصوص SuSy تم التعبير عنها بشكل مختلف بين الأنسجة العلوية والسفلية، مع تعبير عالٍ في الأنسجة العلوية، وتعبير أقل في الأسفل وتعبير معتدل في الوسط، مما يشير إلى تدرج نشاط SuSy في ذروة قصب السكر. علاوة على ذلك، كان للأنسجة الجذرية مستويات تعبير مماثلة لتلك الموجودة في العقد الداخلية العلوية بينما أظهرت أنسجة الأوراق تعبيرًا أقل. في الأسلاف، وجد أن SuSy7 معبر عنها بشكل كبير في S. officinarum في حين أن جينات SuSy الثلاثة الأخرى كان لها تعبير معتدل في كل من الأسلاف. يشير التعبير العالي عن جينات SuSy في أنسجة الحوض، والعقد الداخلية العليا والجذور إلى أدوار وظيفية في استخدام السكروز لدعم النمو. لم يتم الإبلاغ عن جين SuSy7 سابقًا في قصب السكر. نظرًا لأن قصب السكر فريد من نوعه في تخزين مثل هذه الكميات العالية من السكروز، فمن الممكن أن يكون هناك المزيد من جينات/أشكال SuSy ذات أنماط تعبير محددة يمكن اكتشافها في هذا النظام المعقد.Translated Description (French)
La canne à sucre accumule des niveaux très élevés de saccharose dans le culm. L'élucidation des mécanismes moléculaires qui permettent une synthèse et une accumulation de saccharose aussi élevées (jusqu'à 650 mM) est rendue difficile par la complexité du génome hautement polyploïde. Nous rapportons ici l'utilisation de données RNA Seq pour caractériser les gènes de la sucrose synthase (SuSy) exprimés dans le transcriptome de la plante de canne à sucre mature. Quatre familles de gènes SuSy ont été identifiées dans le transcriptome à lecture longue Iso-Seq de la canne à sucre (SUGIT) par annotation génique de transcrits qui ont été mappés aux gènes SuSy de référence du sorgho et du maïs. Au total, 38, 19, 14 et 2 transcrits ont été identifiés pour les quatre gènes SuSy correspondants 1, 2, 4 et 7, respectivement. Des études comparatives utilisant les gènes SuSy disponibles du sorgho (1, 2, 4, 6, 7) et du maïs (1-7) ont révélé que les gènes SuSy de la canne à sucre étaient interrompus par de multiples introns et qu'ils partageaient une structure génique hautement conservée. L'expression spatiale des quatre gènes SuSy dans les génotypes de la canne à sucre et dans les espèces progénitrices, Saccharum spontaneum et Saccharum officinarum, a été étudiée dans les tissus foliaires et racinaires ainsi que dans trois régions du tissu culm ; entre-nœuds supérieur, moyen et inférieur. Les profils d'expression ont indiqué que tous les transcrits SuSy étaient exprimés différemment entre les tissus supérieurs et inférieurs, avec une expression élevée dans les tissus supérieurs, une expression plus faible dans le bas et une expression modérée au milieu, indiquant un gradient d'activité SuSy dans le culm de canne à sucre. De plus, le tissu racinaire avait des niveaux d'expression similaires à ceux des entre-nœuds supérieurs tandis que les tissus foliaires présentaient une expression plus faible. Dans les progéniteurs, SuSy7 s'est avéré être fortement exprimé dans S. officinarum tandis que les trois autres gènes SuSy avaient une expression modérée dans les deux progéniteurs. La forte expression des gènes SuSy dans les tissus de l'évier, les entre-nœuds supérieurs et les racines suggère des rôles fonctionnels dans l'utilisation du saccharose pour soutenir la croissance. Le gène SuSy7 n'a pas été précédemment rapporté dans la canne à sucre. Comme la canne à sucre est unique dans le stockage de quantités aussi élevées de saccharose, il est possible qu'il y ait plus de gènes/isoformes SuSy avec des modèles d'expression spécifiques à découvrir dans ce système complexe.Translated Description (Spanish)
La caña de azúcar acumula niveles muy altos de sacarosa en el culmo. La elucidación de los mecanismos moleculares que permiten una síntesis y acumulación de sacarosa tan alta (hasta 650 mM) se ve dificultada por la complejidad del genoma altamente poliploide. Aquí informamos el uso de datos de RNA Seq para caracterizar los genes de sacarosa sintasa (SuSy) expresados en el transcriptoma de la planta madura de caña de azúcar. Se identificaron cuatro familias de genes SuSy en el transcriptoma de lectura larga Iso-Seq de caña de azúcar (SUGIT) a través de la anotación génica de transcritos que se mapearon para hacer referencia a genes SuSy de sorgo y maíz. En total, se identificaron 38, 19, 14 y 2 transcritos para los cuatro genes SuSy correspondientes 1, 2, 4 y 7, respectivamente. Los estudios comparativos que utilizaron genes SuSy disponibles de sorgo (1, 2, 4, 6, 7) y maíz (1-7) revelaron que los genes SuSy de la caña de azúcar estaban interrumpidos por múltiples intrones y que comparten una estructura génica altamente conservada. Se estudió la expresión espacial de los cuatro genes SuSy en genotipos de caña de azúcar y en las especies progenitoras, Saccharum spontaneum y Saccharum officinarum, en los tejidos foliares y radiculares y también en tres regiones del tejido del culmo; entrenudos superior, medio e inferior. Los perfiles de expresión indicaron que todos los transcritos de SuSy se expresaron diferencialmente entre los tejidos superior e inferior, con una alta expresión en los tejidos superiores, una expresión más baja en la parte inferior y una expresión moderada en el medio, lo que indica un gradiente de actividad de SuSy en el culmo de la caña de azúcar. Además, el tejido de la raíz tenía niveles de expresión similares a los de los entrenudos superiores, mientras que los tejidos de las hojas mostraban una expresión más baja. En los progenitores, se encontró que SuSy7 estaba altamente expresado en S. officinarum, mientras que los otros tres genes SuSy tenían una expresión moderada en ambos progenitores. La alta expresión de los genes SuSy en los tejidos sumideros, los entrenudos superiores y las raíces sugiere roles funcionales en la utilización de sacarosa para apoyar el crecimiento. El gen SuSy7 no se ha informado previamente en la caña de azúcar. Como la caña de azúcar es única en el almacenamiento de cantidades tan altas de sacarosa, es posible que haya más genes/isoformas de SuSy con patrones de expresión específicos por descubrir en este complejo sistema.Files
s12870-019-1733-y.pdf
Files
(2.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:76d6ed5cb607accc1fb4b079a62d3731
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل تنوع وخصوصية أنسجة جينات سينسيز السكروز في النسخة طويلة القراءة من قصب السكر
- Translated title (French)
- Analyse de la diversité et de la spécificité tissulaire des gènes de la saccharose synthase dans le transcriptome long de la canne à sucre
- Translated title (Spanish)
- Análisis de la diversidad y especificidad tisular de los genes de sacarosa sintasa en el transcriptoma de lectura larga de la caña de azúcar
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2945452359
- DOI
- 10.1186/s12870-019-1733-y
References
- https://openalex.org/W1480319707
- https://openalex.org/W1524146466
- https://openalex.org/W1530622093
- https://openalex.org/W1533323551
- https://openalex.org/W1585677908
- https://openalex.org/W1825861052
- https://openalex.org/W1907806866
- https://openalex.org/W1920667152
- https://openalex.org/W1965047071
- https://openalex.org/W1972115234
- https://openalex.org/W1976266486
- https://openalex.org/W1981003815
- https://openalex.org/W1985365054
- https://openalex.org/W1987546926
- https://openalex.org/W1997836596
- https://openalex.org/W1998444683
- https://openalex.org/W2006681864
- https://openalex.org/W2010864032
- https://openalex.org/W2011146068
- https://openalex.org/W2013827895
- https://openalex.org/W2017497577
- https://openalex.org/W2022527396
- https://openalex.org/W2024363022
- https://openalex.org/W2024568391
- https://openalex.org/W2031130583
- https://openalex.org/W2042936597
- https://openalex.org/W2048979696
- https://openalex.org/W2050869310
- https://openalex.org/W2058331506
- https://openalex.org/W2059569140
- https://openalex.org/W2062594664
- https://openalex.org/W2063620684
- https://openalex.org/W2069552290
- https://openalex.org/W2076152340
- https://openalex.org/W2078857556
- https://openalex.org/W2083072149
- https://openalex.org/W2083614520
- https://openalex.org/W2089528720
- https://openalex.org/W2091233993
- https://openalex.org/W2091608533
- https://openalex.org/W2091641687
- https://openalex.org/W2093856334
- https://openalex.org/W2098816899
- https://openalex.org/W2101745482
- https://openalex.org/W2106287688
- https://openalex.org/W2107599291
- https://openalex.org/W2109478686
- https://openalex.org/W2113668742
- https://openalex.org/W2125109156
- https://openalex.org/W2125585192
- https://openalex.org/W2128101402
- https://openalex.org/W2128171084
- https://openalex.org/W2130685840
- https://openalex.org/W2131585114
- https://openalex.org/W2132552126
- https://openalex.org/W2132632499
- https://openalex.org/W2136802383
- https://openalex.org/W2137874260
- https://openalex.org/W2141411303
- https://openalex.org/W2145082572
- https://openalex.org/W2148968538
- https://openalex.org/W2164424636
- https://openalex.org/W2164612850
- https://openalex.org/W2164853371
- https://openalex.org/W2166069609
- https://openalex.org/W2177784250
- https://openalex.org/W2311203695
- https://openalex.org/W2314168080
- https://openalex.org/W2464802581
- https://openalex.org/W2470113122
- https://openalex.org/W2557750314
- https://openalex.org/W2601196031
- https://openalex.org/W2617273082
- https://openalex.org/W2623310481
- https://openalex.org/W2768316098
- https://openalex.org/W2800500866
- https://openalex.org/W34162735
- https://openalex.org/W4232299556
- https://openalex.org/W4237704510
- https://openalex.org/W4243090589
- https://openalex.org/W4250642764