Published February 17, 2021 | Version v1
Publication Open

Genome-wide identification, characterization, and expression analysis of tea plant autophagy-related genes (CsARGs) demonstrates that they play diverse roles during development and under abiotic stress

Creators

  • 1. Qingdao Agricultural University
  • 2. Tea Research Institute
  • 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 4. Zhejiang A & F University

Description

Abstract Background Autophagy, meaning 'self-eating', is required for the degradation and recycling of cytoplasmic constituents under stressful and non-stressful conditions, which helps to maintain cellular homeostasis and delay aging and longevity in eukaryotes. To date, the functions of autophagy have been heavily studied in yeast, mammals and model plants, but few studies have focused on economically important crops, especially tea plants ( Camellia sinensis ). The roles played by autophagy in coping with various environmental stimuli have not been fully elucidated to date. Therefore, investigating the functions of autophagy-related genes in tea plants may help to elucidate the mechanism governing autophagy in response to stresses in woody plants. Results In this study, we identified 35 C. sinensis autophagy-related genes ( CsARG s). Each CsARG is highly conserved with its homologues from other plant species, except for CsATG14 . Tissue-specific expression analysis demonstrated that the abundances of CsARG s varied across different tissues, but CsATG8c / i showed a degree of tissue specificity. Under hormone and abiotic stress conditions, most CsARG s were upregulated at different time points during the treatment. In addition, the expression levels of 10 CsARG s were higher in the cold-resistant cultivar 'Longjing43' than in the cold-susceptible cultivar 'Damianbai' during the CA period; however, the expression of CsATG101 showed the opposite tendency. Conclusions We performed a comprehensive bioinformatic and physiological analysis of CsAR Gs in tea plants, and these results may help to establish a foundation for further research investigating the molecular mechanisms governing autophagy in tea plant growth, development and response to stress. Meanwhile, some CsARGs could serve as putative molecular markers for the breeding of cold-resistant tea plants in future research.

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

Translated Description (Arabic)

يعتبر الالتهام الذاتي، الذي يعني "الأكل الذاتي"، مطلوبًا لتحلل وإعادة تدوير المكونات السيتوبلازمية في ظل ظروف مرهقة وغير مرهقة، مما يساعد على الحفاظ على التوازن الخلوي وتأخير الشيخوخة وطول العمر في حقيقيات النوى. حتى الآن، تمت دراسة وظائف الالتهام الذاتي بشكل مكثف في الخميرة والثدييات والنباتات النموذجية، لكن القليل من الدراسات ركزت على المحاصيل المهمة اقتصاديًا، وخاصة نباتات الشاي ( الكاميليا الصينية ). لم يتم توضيح الأدوار التي يلعبها الالتهام الذاتي في التعامل مع المحفزات البيئية المختلفة بشكل كامل حتى الآن. لذلك، قد يساعد التحقيق في وظائف الجينات المرتبطة بالبلعمة الذاتية في نباتات الشاي على توضيح الآلية التي تحكم البلعمة الذاتية استجابةً للضغوط في النباتات الخشبية. النتائج في هذه الدراسة، حددنا 35 جينًا مرتبطًا بالبلعمة الذاتية (CsARGs). يتم الحفاظ على كل CsARG بشكل كبير مع نظائرها من الأنواع النباتية الأخرى، باستثناء CsATG14 . أظهر تحليل التعبير الخاص بالأنسجة أن وفرة CsARG تختلف عبر الأنسجة المختلفة، لكن CsATG8c / i أظهرت درجة من خصوصية الأنسجة. في ظل ظروف الإجهاد الهرموني واللاأحيائي، تم إعادة تنظيم معظم CsARGs في نقاط زمنية مختلفة أثناء العلاج. بالإضافة إلى ذلك، كانت مستويات التعبير عن 10 CsARGs أعلى في الصنف المقاوم للبرد "Longjing43" مقارنة بالصنف المعرض للبرد "Damianbai" خلال فترة CA ؛ ومع ذلك، أظهر التعبير عن CsATG101 الاتجاه المعاكس. الاستنتاجات أجرينا تحليلًا بيولوجيًا وفسيولوجيًا شاملاً لـ CsAR Gs في نباتات الشاي، وقد تساعد هذه النتائج في إنشاء أساس لمزيد من البحث الذي يبحث في الآليات الجزيئية التي تحكم الالتهام الذاتي في نمو نبات الشاي وتطوره والاستجابة للإجهاد. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تكون بعض مجموعات CsARG بمثابة علامات جزيئية مفترضة لتربية نباتات الشاي المقاومة للبرد في الأبحاث المستقبلية.

Translated Description (French)

Résumé Contexte L'autophagie, qui signifie « auto-alimentation », est nécessaire à la dégradation et au recyclage des constituants cytoplasmiques dans des conditions stressantes et non stressantes, ce qui aide à maintenir l'homéostasie cellulaire et à retarder le vieillissement et la longévité chez les eucaryotes. À ce jour, les fonctions de l'autophagie ont été fortement étudiées chez la levure, les mammifères et les plantes modèles, mais peu d'études se sont concentrées sur les cultures économiquement importantes, en particulier les théiers ( Camellia sinensis ). Les rôles joués par l'autophagie dans la gestion de divers stimuli environnementaux n'ont pas été entièrement élucidés à ce jour. Par conséquent, l'étude des fonctions des gènes liés à l'autophagie dans les plants de thé peut aider à élucider le mécanisme régissant l'autophagie en réponse aux stress chez les plantes ligneuses. Résultats Dans cette étude, nous avons identifié 35 gènes liés à l'autophagie de C. sinensis (CsARG). Chaque CsARG est hautement conservé avec ses homologues d'autres espèces végétales, à l'exception de CsATG14 . L'analyse de l'expression tissulaire spécifique a démontré que les abondances de CsARG variaient d'un tissu à l'autre, mais que CsATG8c/ i présentait un certain degré de spécificité tissulaire. Dans des conditions de stress hormonal et abiotique, la plupart des CsARG étaient régulés à la hausse à différents moments du traitement. De plus, les niveaux d'expression de 10 CsARG étaient plus élevés chez le cultivar résistant au froid « Longjing43 » que chez le cultivar sensible au froid « Damianbai » pendant la période CA ; cependant, l'expression de CsATG101 a montré la tendance opposée. Conclusions Nous avons effectué une analyse bioinformatique et physiologique complète des CsAR G dans les plants de thé, et ces résultats peuvent aider à établir une base pour des recherches ultérieures sur les mécanismes moléculaires régissant l'autophagie dans la croissance, le développement et la réponse au stress des plants de thé. Pendant ce temps, certains CsARG pourraient servir de marqueurs moléculaires putatifs pour la sélection de plants de thé résistants au froid dans les recherches futures.

Translated Description (Spanish)

Resumen Antecedentes La autofagia, que significa "autoalimentarse", es necesaria para la degradación y el reciclaje de los constituyentes citoplasmáticos en condiciones estresantes y no estresantes, lo que ayuda a mantener la homeostasis celular y retrasa el envejecimiento y la longevidad en los eucariotas. Hasta la fecha, las funciones de la autofagia se han estudiado en gran medida en levaduras, mamíferos y plantas modelo, pero pocos estudios se han centrado en cultivos económicamente importantes, especialmente las plantas de té ( Camellia sinensis ). Los roles desempeñados por la autofagia para hacer frente a diversos estímulos ambientales no se han dilucidado completamente hasta la fecha. Por lo tanto, investigar las funciones de los genes relacionados con la autofagia en las plantas de té puede ayudar a dilucidar el mecanismo que rige la autofagia en respuesta al estrés en las plantas leñosas. Resultados En este estudio, identificamos 35 genes relacionados con la autofagia de C. sinensis (CsARG). Cada CsARG está altamente conservado con sus homólogos de otras especies de plantas, a excepción de CsATG14 . El análisis de expresión específica de tejido demostró que las abundancias de CsARG variaban en diferentes tejidos, pero CsATG8c / i mostró un grado de especificidad de tejido. En condiciones de estrés hormonal y abiótico, la mayoría de las CsARG se regularon positivamente en diferentes momentos durante el tratamiento. Además, los niveles de expresión de 10 CsARG s fueron más altos en el cultivar resistente al frío 'Longjing43' que en el cultivar sensible al frío 'Damianbai' durante el período de AC; sin embargo, la expresión de CsATG101 mostró la tendencia opuesta. Conclusiones Realizamos un análisis bioinformático y fisiológico exhaustivo de CsAR Gs en plantas de té, y estos resultados pueden ayudar a establecer una base para futuras investigaciones que investiguen los mecanismos moleculares que rigen la autofagia en el crecimiento, desarrollo y respuesta de las plantas de té al estrés. Mientras tanto, algunos CsARG podrían servir como supuestos marcadores moleculares para el cultivo de plantas de té resistentes al frío en futuras investigaciones.

Files

s12864-021-07419-2.pdf

Files (3.7 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:f44bdad9b8d126f0a7b7d9ba3c59eca8
3.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يُظهر تحديد الجينات المرتبطة بالبلعمة الذاتية لنبات الشاي وتوصيفها وتحليل التعبير عنها على مستوى الجينوم أنها تلعب أدوارًا متنوعة أثناء التطور وتحت الضغط اللاأحيائي
Translated title (French)
L'identification, la caractérisation et l'analyse de l'expression à l'échelle du génome des gènes liés à l'autophagie du théier (CsARG) démontrent qu'ils jouent divers rôles au cours du développement et sous stress abiotique
Translated title (Spanish)
La identificación, caracterización y análisis de la expresión en todo el genoma de los genes relacionados con la autofagia de la planta del té (CsARG) demuestra que desempeñan diversos roles durante el desarrollo y bajo estrés abiótico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3121647386
DOI
10.1186/s12864-021-07419-2

Is supplement to
https://openalex.org/W4387854787 (Other)
https://openalex.org/W4365805892 (Other)
https://openalex.org/W4206010529 (Other)
https://openalex.org/W3198284362 (Other)
https://openalex.org/W3156153093 (Other)
https://openalex.org/W3133007940 (Other)
https://openalex.org/W3033694412 (Other)
https://openalex.org/W2387952510 (Other)
https://openalex.org/W2131040395 (Other)
https://openalex.org/W2008091757 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1538903168
  • https://openalex.org/W1570944685
  • https://openalex.org/W1899014775
  • https://openalex.org/W1969971911
  • https://openalex.org/W1970425788
  • https://openalex.org/W1974373844
  • https://openalex.org/W1978554067
  • https://openalex.org/W1979065571
  • https://openalex.org/W1985023202
  • https://openalex.org/W1985111877
  • https://openalex.org/W1986290546
  • https://openalex.org/W1987966619
  • https://openalex.org/W1988646463
  • https://openalex.org/W1993530554
  • https://openalex.org/W1996476960
  • https://openalex.org/W1996949947
  • https://openalex.org/W1997387408
  • https://openalex.org/W1999477136
  • https://openalex.org/W2006379278
  • https://openalex.org/W2013958792
  • https://openalex.org/W2015063199
  • https://openalex.org/W2015946583
  • https://openalex.org/W2017500053
  • https://openalex.org/W2021492060
  • https://openalex.org/W2023992819
  • https://openalex.org/W2024600213
  • https://openalex.org/W2025205297
  • https://openalex.org/W2035126027
  • https://openalex.org/W2036458632
  • https://openalex.org/W2043621157
  • https://openalex.org/W2045981379
  • https://openalex.org/W2046766052
  • https://openalex.org/W2048755184
  • https://openalex.org/W2059569140
  • https://openalex.org/W2069938223
  • https://openalex.org/W2079116237
  • https://openalex.org/W2089230333
  • https://openalex.org/W2100605768
  • https://openalex.org/W2104612823
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2116909242
  • https://openalex.org/W2117380994
  • https://openalex.org/W2129712803
  • https://openalex.org/W2132809874
  • https://openalex.org/W2137793784
  • https://openalex.org/W2139418216
  • https://openalex.org/W2145246003
  • https://openalex.org/W2148688361
  • https://openalex.org/W2153544371
  • https://openalex.org/W2155736014
  • https://openalex.org/W2155749089
  • https://openalex.org/W2164785771
  • https://openalex.org/W2167667054
  • https://openalex.org/W2313512559
  • https://openalex.org/W2508140161
  • https://openalex.org/W2530620291
  • https://openalex.org/W2552468431
  • https://openalex.org/W2560079349
  • https://openalex.org/W2565357113
  • https://openalex.org/W2570744729
  • https://openalex.org/W2591566407
  • https://openalex.org/W2596968107
  • https://openalex.org/W2605683904
  • https://openalex.org/W2609371545
  • https://openalex.org/W2610308012
  • https://openalex.org/W2614333682
  • https://openalex.org/W2735234260
  • https://openalex.org/W2752875427
  • https://openalex.org/W2765903978
  • https://openalex.org/W2771283747
  • https://openalex.org/W2778035878
  • https://openalex.org/W2778077257
  • https://openalex.org/W2790309332
  • https://openalex.org/W2792718872
  • https://openalex.org/W2793437376
  • https://openalex.org/W2795440442
  • https://openalex.org/W2800563766
  • https://openalex.org/W2897052511
  • https://openalex.org/W2900356099
  • https://openalex.org/W2903037863
  • https://openalex.org/W2904826129
  • https://openalex.org/W2914080388
  • https://openalex.org/W2915908517
  • https://openalex.org/W2924953903
  • https://openalex.org/W2944139757
  • https://openalex.org/W2964821352
  • https://openalex.org/W2977411665
  • https://openalex.org/W2979627047
  • https://openalex.org/W3033747097
  • https://openalex.org/W66711298
  • https://openalex.org/W961522100