Published June 16, 2011
| Version v1
Publication
Open
Transcriptomic, proteomic and metabolomic analysis of UV-B signaling in maize
- 1. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos
- 2. National University of Rosario
- 3. Stanford University
Description
Abstract Background Under normal solar fluence, UV-B damages macromolecules, but it also elicits physiological acclimation and developmental changes in plants. Excess UV-B decreases crop yield. Using a treatment twice solar fluence, we focus on discovering signals produced in UV-B-irradiated maize leaves that translate to systemic changes in shielded leaves and immature ears. Results Using transcriptome and proteomic profiling, we tracked the kinetics of transcript and protein alterations in exposed and shielded organs over 6 h. In parallel, metabolic profiling identified candidate signaling molecules based on rapid increase in irradiated leaves and increased levels in shielded organs; pathways associated with the synthesis, sequestration, or degradation of some of these potential signal molecules were UV-B-responsive. Exposure of just the top leaf substantially alters the transcriptomes of both irradiated and shielded organs, with greater changes as additional leaves are irradiated. Some phenylpropanoid pathway genes are expressed only in irradiated leaves, reflected in accumulation of pathway sunscreen molecules. Most protein changes detected occur quickly: approximately 92% of the proteins in leaves and 73% in immature ears changed after 4 h UV-B were altered by a 1 h UV-B treatment. Conclusions There were significant transcriptome, proteomic, and metabolomic changes under all conditions studied in both shielded and irradiated organs. A dramatic decrease in transcript diversity in irradiated and shielded leaves occurs between 0 h and 1 h, demonstrating the susceptibility of plants to short term UV-B spikes as during ozone depletion. Immature maize ears are highly responsive to canopy leaf exposure to UV-B.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
خلفية مجردة تحت الطلاقة الشمسية العادية، تلحق الأشعة فوق البنفسجية ب الضرر بالجزيئات الكبيرة، ولكنها تثير أيضًا التأقلم الفسيولوجي والتغيرات التنموية في النباتات. تقلل الأشعة فوق البنفسجية الزائدة من إنتاجية المحاصيل. باستخدام المعالجة بطلاقة شمسية مرتين، نركز على اكتشاف الإشارات المنتجة في أوراق الذرة المشععة بالأشعة فوق البنفسجية التي تترجم إلى تغييرات نظامية في الأوراق المحمية والآذان غير الناضجة. النتائج باستخدام الترانسكريبتوم والتنميط البروتيني، تتبعنا حركية تعديلات الترانسكريبت والبروتين في الأعضاء المكشوفة والمحمية على مدار 6 ساعات. في موازاة ذلك، حدد التنميط الأيضي جزيئات الإشارة المرشحة بناءً على الزيادة السريعة في الأوراق المشعة وزيادة المستويات في الأعضاء المحمية ؛ كانت المسارات المرتبطة بتوليف أو عزل أو تدهور بعض جزيئات الإشارة المحتملة هذه مستجيبة للأشعة فوق البنفسجية. يؤدي التعرض للورقة العلوية فقط إلى تغيير كبير في النسخ لكل من الأعضاء المشعة والمحمية، مع تغييرات أكبر مع تعرض الأوراق الإضافية للإشعاع. يتم التعبير عن بعض جينات مسار الفينيل بروبانويد فقط في الأوراق المشعة، والتي تنعكس في تراكم جزيئات مسار واقية من الشمس. تحدث معظم تغيرات البروتين المكتشفة بسرعة: تم تغيير ما يقرب من 92 ٪ من البروتينات في الأوراق و 73 ٪ في الأذنين غير الناضجة بعد 4 ساعات من الأشعة فوق البنفسجية- ب عن طريق علاج 1 ساعة من الأشعة فوق البنفسجية- ب. الاستنتاجات كانت هناك تغييرات كبيرة في الترانسكريبتوم والبروتين والأيض في جميع الظروف التي تمت دراستها في كل من الأعضاء المحمية والمشعة. يحدث انخفاض كبير في تنوع النسخ في الأوراق المشعة والمحمية بين 0 ساعة و 1 ساعة، مما يدل على قابلية النباتات للأشعة فوق البنفسجية قصيرة المدى كما هو الحال أثناء استنفاد الأوزون. تستجيب آذان الذرة غير الناضجة بشكل كبير لتعرض أوراق الظل للأشعة فوق البنفسجية ب.Translated Description (French)
Résumé Contexte Sous une fluence solaire normale, les UV-B endommagent les macromolécules, mais ils provoquent également une acclimatation physiologique et des changements de développement chez les plantes. L'excès d'UV-B diminue le rendement des cultures. À l'aide d'un traitement par deux fois la fluence solaire, nous nous concentrons sur la découverte des signaux produits dans les feuilles de maïs irradiées par les UV-B qui se traduisent par des changements systémiques dans les feuilles protégées et les oreilles immatures. Résultats En utilisant le profilage du transcriptome et de la protéomique, nous avons suivi la cinétique des altérations du transcrit et des protéines dans les organes exposés et protégés pendant 6 h. En parallèle, le profilage métabolique a identifié des molécules de signalisation candidates basées sur une augmentation rapide des feuilles irradiées et des niveaux accrus dans les organes blindés ; les voies associées à la synthèse, à la séquestration ou à la dégradation de certaines de ces molécules de signalisation potentielles étaient sensibles aux UV-B. L'exposition de la seule feuille supérieure modifie considérablement les transcriptomes des organes irradiés et protégés, avec des changements plus importants à mesure que des feuilles supplémentaires sont irradiées. Certains gènes de la voie phénylpropanoïde ne sont exprimés que dans les feuilles irradiées, ce qui se reflète dans l'accumulation de molécules de protection solaire de la voie. La plupart des changements protéiques détectés se produisent rapidement : environ 92% des protéines dans les feuilles et 73% dans les oreilles immatures ont changé après 4 h UV-B ont été modifiées par un traitement UV-B de 1 h. Conclusions Il y a eu des changements transcriptomiques, protéomiques et métabolomiques significatifs dans toutes les conditions étudiées dans les organes protégés et irradiés. Une diminution spectaculaire de la diversité des transcriptions dans les feuilles irradiées et protégées se produit entre 0 h et 1 h, démontrant la sensibilité des plantes aux pics UV-B à court terme comme lors de l'appauvrissement de la couche d'ozone. Les épis de maïs immatures sont très sensibles à l'exposition des feuilles de la canopée aux UV-B.Translated Description (Spanish)
Antecedentes abstractos Bajo la fluencia solar normal, los rayos UV-B dañan las macromoléculas, pero también provocan aclimatación fisiológica y cambios en el desarrollo de las plantas. El exceso de UV-B disminuye el rendimiento de los cultivos. Usando un tratamiento de doble fluencia solar, nos centramos en descubrir señales producidas en hojas de maíz irradiadas con UV-B que se traducen en cambios sistémicos en hojas protegidas y mazorcas inmaduras. Resultados Utilizando el perfil del transcriptoma y la proteómica, rastreamos la cinética de las alteraciones de la transcripción y las proteínas en los órganos expuestos y protegidos durante 6 h. En paralelo, el perfil metabólico identificó moléculas de señalización candidatas basadas en el rápido aumento de las hojas irradiadas y el aumento de los niveles en los órganos protegidos; las vías asociadas con la síntesis, el secuestro o la degradación de algunas de estas moléculas de señalización potenciales respondieron a los rayos UV-B. La exposición de solo la hoja superior altera sustancialmente los transcriptomas de los órganos irradiados y protegidos, con mayores cambios a medida que se irradian hojas adicionales. Algunos genes de la vía de los fenilpropanoides se expresan solo en hojas irradiadas, lo que se refleja en la acumulación de moléculas de protección solar de la vía. La mayoría de los cambios proteicos detectados ocurren rápidamente: aproximadamente el 92% de las proteínas en las hojas y el 73% en las mazorcas inmaduras cambiaron después de 4 h UV-B se alteraron con un tratamiento UV-B de 1 h. Conclusiones Hubo cambios significativos en el transcriptoma, proteómico y metabolómico en todas las condiciones estudiadas tanto en órganos protegidos como irradiados. Se produce una disminución dramática en la diversidad de transcritos en hojas irradiadas y protegidas entre 0 h y 1 h, lo que demuestra la susceptibilidad de las plantas a los picos de UV-B a corto plazo como durante el agotamiento del ozono. Las mazorcas de maíz inmaduras son muy sensibles a la exposición de las hojas del dosel a los rayos UV-B.Files
1471-2164-12-321.pdf
Files
(1.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6767a22e7492b338edc5c251a1f93ae5
|
1.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحليل النسخي والبروتيني والاستقلابي لإشارات الأشعة فوق البنفسجية ب في الذرة
- Translated title (French)
- Analyse transcriptomique, protéomique et métabolomique de la signalisation UV-B dans le maïs
- Translated title (Spanish)
- Análisis transcriptómico, proteómico y metabolómico de la señalización UV-B en maíz
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2141994119
- DOI
- 10.1186/1471-2164-12-321
References
- https://openalex.org/W140230739
- https://openalex.org/W1495702220
- https://openalex.org/W1499084166
- https://openalex.org/W1546952499
- https://openalex.org/W1813345720
- https://openalex.org/W1981540621
- https://openalex.org/W1987465648
- https://openalex.org/W1989730190
- https://openalex.org/W2006317824
- https://openalex.org/W2006416785
- https://openalex.org/W2015587272
- https://openalex.org/W2038806542
- https://openalex.org/W2043340815
- https://openalex.org/W2052565705
- https://openalex.org/W2074397062
- https://openalex.org/W2083835571
- https://openalex.org/W2086819473
- https://openalex.org/W2092401751
- https://openalex.org/W2097903157
- https://openalex.org/W2100951456
- https://openalex.org/W2101551644
- https://openalex.org/W2107611915
- https://openalex.org/W2107657759
- https://openalex.org/W2117677283
- https://openalex.org/W2119762429
- https://openalex.org/W2133538560
- https://openalex.org/W2143275830
- https://openalex.org/W2147974324
- https://openalex.org/W2149291973
- https://openalex.org/W2151346683
- https://openalex.org/W2157704325
- https://openalex.org/W2165774563
- https://openalex.org/W2167222308
- https://openalex.org/W2169899844
- https://openalex.org/W2171593406
- https://openalex.org/W4239901699
- https://openalex.org/W4254473002