Published December 1, 2020 | Version v1
Publication Metadata-only

Origin and evolution of a gibberellin‐deactivating enzyme GAMT

Creators

  • 1. University of Tennessee at Knoxville
  • 2. Kasetsart University
  • 3. University of Florida
  • 4. Florida Museum of Natural History
  • 5. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 6. Tea Research Institute
  • 7. Ministry of Agriculture and Rural Affairs

Description

Abstract Gibberellins (GAs) are a major class of plant hormones that regulates diverse developmental programs. Both acquiring abilities to synthesize GAs and evolving divergent GA receptors have been demonstrated to play critical roles in the evolution of land plants. In contrast, little is understood regarding the role of GA‐inactivating mechanisms in plant evolution. Here we report on the origin and evolution of GA methyltransferases (GAMTs), enzymes that deactivate GAs by converting bioactive GAs to inactive GA methylesters. Prior to this study, GAMT genes, which belong to the SABATH family, were known only from Arabidopsis . Through systematic searches for SABATH genes in the genomes of 260 sequenced land plants and phylogenetic analyses, we have identified a putative GAMT clade specific to seed plants. We have further demonstrated that both gymnosperm and angiosperm representatives of this clade encode active methyltransferases for GA methylation, indicating that they are functional orthologs of GAMT . In seven selected seed plants, GAMT genes were mainly expressed in flowers and/or seeds, indicating a conserved biological role in reproduction. GAMT genes are represented by a single copy in most species, if present, but multiple copies mainly produced by whole genome duplications have been retained in Brassicaceae. Surprisingly, more than 2/3 of the 248 flowering plants examined here lack GAMT genes, including all species of Poales (e.g., grasses), Fabales (legumes), and the large Superasterid clade of eudicots. With these observations, we discuss the significance of GAMT origination, functional conservation and diversification, and frequent loss during the evolution of flowering plants.

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

Translated Description (Arabic)

الجبرلين التجريدي (GAs) هي فئة رئيسية من الهرمونات النباتية التي تنظم البرامج التنموية المتنوعة. وقد ثبت أن كلا من اكتساب القدرات على توليف GAs ومستقبلات GA المتباينة المتطورة يلعبان أدوارًا حاسمة في تطور النباتات البرية. في المقابل، لا يُفهم سوى القليل فيما يتعلق بدور آليات تعطيل GA في تطور النبات. نقدم هنا تقريرًا عن أصل وتطور إنزيمات نقل الميثيل GA (GAMTs)، وهي الإنزيمات التي تعطل GAs عن طريق تحويل GAs النشطة بيولوجيًا إلى ميثيلستر GA غير نشط. قبل هذه الدراسة، كانت جينات GAMT، التي تنتمي إلى عائلة SABATH، معروفة فقط من Arabidopsis . من خلال البحث المنهجي عن جينات SABATH في جينومات 260 نباتًا بريًا متسلسلًا وتحليلات النشوء والتطور، حددنا فصيلة GAMT مفترضة خاصة بنباتات البذور. لقد أثبتنا كذلك أن كلاً من عاريات البذور وممثلي كاسيات البذور في هذا الفرع الحيوي يشفرون ناقلات الميثيل النشطة لميثيل التخدير العام، مما يشير إلى أنها مقاييس وظيفية لـ GAMT . في سبع نباتات بذور مختارة، تم التعبير عن جينات GAMT بشكل أساسي في الزهور و/أو البذور، مما يشير إلى دور بيولوجي محفوظ في التكاثر. يتم تمثيل جينات GAMT بنسخة واحدة في معظم الأجناس، إن وجدت، ولكن تم الاحتفاظ بنسخ متعددة تم إنتاجها بشكل رئيسي من خلال ازدواجية الجينوم بالكامل في الكرنبيات. والمثير للدهشة أن أكثر من ثلثي النباتات المزهرة البالغ عددها 248 التي تم فحصها هنا تفتقر إلى جينات GAMT، بما في ذلك جميع أنواع Poales (على سبيل المثال، الأعشاب)، و Fabales (البقوليات)، وفصيلة Superasterid الكبيرة من eudicots. من خلال هذه الملاحظات، نناقش أهمية نشأة GAMT، والحفظ والتنويع الوظيفي، والخسارة المتكررة أثناء تطور النباتات المزهرة.

Translated Description (French)

Résumé Les gibbérellines (GA) sont une classe majeure d'hormones végétales qui régule divers programmes de développement. Il a été démontré que l'acquisition de capacités de synthèse des AG et l'évolution des récepteurs divergents de l'AG jouent des rôles critiques dans l'évolution des plantes terrestres. En revanche, peu est compris en ce qui concerne le rôle des mécanismes d'inactivation de l'AG dans l'évolution des plantes. Nous présentons ici l'origine et l'évolution des GA méthyltransférases (GAMT), des enzymes qui désactivent les AG en convertissant les AG bioactifs en esters méthyliques d'AG inactifs. Avant cette étude, les gènes GAMT, qui appartiennent à la famille SABATH, n'étaient connus que d'Arabidopsis . Grâce à des recherches systématiques de gènes SABATH dans les génomes de 260 plantes terrestres séquencées et à des analyses phylogénétiques, nous avons identifié un clade GAMT putatif spécifique aux plantes à graines. Nous avons en outre démontré que les représentants du gymnosperme et de l'angiosperme de ce clade codent pour les méthyltransférases actives pour la méthylation de l'AG, ce qui indique qu'ils sont des orthologues fonctionnels de la GAMT . Chez sept plantes à graines sélectionnées, les gènes GAMT étaient principalement exprimés dans les fleurs et/ou les graines, indiquant un rôle biologique conservé dans la reproduction. Les gènes GAMT sont représentés par une seule copie chez la plupart des espèces, si elles sont présentes, mais de multiples copies principalement produites par des duplications du génome entier ont été conservées chez les Brassicaceae. Étonnamment, plus des 2/3 des 248 plantes à fleurs examinées ici manquent de gènes GAMT, y compris toutes les espèces de Poales (par exemple, les graminées), les Fabales (légumineuses) et le grand clade superastérien d'eudicots. Avec ces observations, nous discutons de l'importance de l'origination GAMT, de la conservation et de la diversification fonctionnelles, et de la perte fréquente au cours de l'évolution des plantes à fleurs.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las giberelinas (GA) son una clase importante de hormonas vegetales que regulan diversos programas de desarrollo. Se ha demostrado que tanto la adquisición de habilidades para sintetizar AG como la evolución de receptores divergentes de AG desempeñan un papel crítico en la evolución de las plantas terrestres. Por el contrario, se entiende poco sobre el papel de los mecanismos inactivadores de GA en la evolución de las plantas. Aquí informamos sobre el origen y la evolución de las GA metiltransferasas (GAMT), enzimas que desactivan los GA al convertir los GA bioactivos en ésteres metílicos de GA inactivos. Antes de este estudio, los genes GAMT, que pertenecen a la familia SABATH, solo se conocían de Arabidopsis . A través de búsquedas sistemáticas de genes SABATH en los genomas de 260 plantas terrestres secuenciadas y análisis filogenéticos, hemos identificado un supuesto clado GAMT específico para plantas de semillas. Además, hemos demostrado que tanto las gimnospermas como las angiospermas representantes de este clado codifican metiltransferasas activas para la metilación de GA, lo que indica que son ortólogos funcionales de GAMT . En siete plantas de semillas seleccionadas, los genes GAMT se expresaron principalmente en flores y/o semillas, lo que indica un papel biológico conservado en la reproducción. Los genes GAMT están representados por una sola copia en la mayoría de las especies, si están presentes, pero se han conservado múltiples copias producidas principalmente por duplicaciones del genoma completo en Brassicaceae. Sorprendentemente, más de 2/3 de las 248 plantas con flores examinadas aquí carecen de genes GAMT, incluidas todas las especies de Poales (por ejemplo, gramíneas), Fabales (leguminosas) y el gran clado de eudicotiledóneas Superasterid. Con estas observaciones, discutimos la importancia de la originación de GAMT, la protección funcional y la diversificación, y la pérdida frecuente durante la evolución de las plantas con flores.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أصل وتطور إنزيم gibberellin- deactivating GAMT
Translated title (French)
Origine et évolution d'une enzyme de désactivation de la gibbérelline GAMT
Translated title (Spanish)
Origen y evolución de una enzima desactivadora de giberelina GAMT

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3115997169
DOI
10.1002/pld3.287

Is supplement to
https://openalex.org/W3147805512 (Other)
https://openalex.org/W3123760141 (Other)
https://openalex.org/W3110315448 (Other)
https://openalex.org/W3068088779 (Other)
https://openalex.org/W2987420353 (Other)
https://openalex.org/W2565588738 (Other)
https://openalex.org/W2392267979 (Other)
https://openalex.org/W2212934158 (Other)
https://openalex.org/W2007787620 (Other)
https://openalex.org/W1491897707 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1556298916
  • https://openalex.org/W1974964336
  • https://openalex.org/W1984152158
  • https://openalex.org/W1985048163
  • https://openalex.org/W1985424385
  • https://openalex.org/W1998777059
  • https://openalex.org/W2000983444
  • https://openalex.org/W2001752098
  • https://openalex.org/W2019682042
  • https://openalex.org/W2020828558
  • https://openalex.org/W2022296304
  • https://openalex.org/W2038495969
  • https://openalex.org/W2041680034
  • https://openalex.org/W2069458148
  • https://openalex.org/W2086085771
  • https://openalex.org/W2094395518
  • https://openalex.org/W2097963883
  • https://openalex.org/W2100791897
  • https://openalex.org/W2101735889
  • https://openalex.org/W2106783844
  • https://openalex.org/W2118433890
  • https://openalex.org/W2119686296
  • https://openalex.org/W2123912338
  • https://openalex.org/W2127598401
  • https://openalex.org/W2128585722
  • https://openalex.org/W2132819936
  • https://openalex.org/W2133732533
  • https://openalex.org/W2136629833
  • https://openalex.org/W2141052558
  • https://openalex.org/W2142967323
  • https://openalex.org/W2144554738
  • https://openalex.org/W2149940925
  • https://openalex.org/W2153488363
  • https://openalex.org/W2160378127
  • https://openalex.org/W2164149251
  • https://openalex.org/W2165096485
  • https://openalex.org/W2224056471
  • https://openalex.org/W2269355048
  • https://openalex.org/W2301907526
  • https://openalex.org/W2336330109
  • https://openalex.org/W2411839527
  • https://openalex.org/W2474525766
  • https://openalex.org/W2480963942
  • https://openalex.org/W2555600644
  • https://openalex.org/W2582137257
  • https://openalex.org/W2793510220
  • https://openalex.org/W2886826703
  • https://openalex.org/W2943405615
  • https://openalex.org/W3013772387
  • https://openalex.org/W3115997169
  • https://openalex.org/W4248223405