Published October 28, 2020 | Version v1
Publication Open

The genome of <i>Cleistogenes songorica</i> provides a blueprint for functional dissection of dimorphic flower differentiation and drought adaptability

Creators

  • 1. Institute of Grassland Research
  • 2. Lanzhou University
  • 3. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
  • 4. Agriculture Victoria
  • 5. La Trobe University
  • 6. AgriBio
  • 7. AgResearch
  • 8. Xinjiang Institute of Ecology and Geography
  • 9. Chinese Academy of Sciences

Description

Summary Cleistogenes songorica (2 n = 4 x = 40) is a desert grass with a unique dimorphic flowering mechanism and an ability to survive extreme drought. Little is known about the genetics underlying drought tolerance and its reproductive adaptability. Here, we sequenced and assembled a high‐quality chromosome‐level C. songorica genome (contig N50 = 21.28 Mb). Complete assemblies of all telomeres, and of ten chromosomes were derived . C . songorica underwent a recent tetraploidization (~19 million years ago) and four major chromosomal rearrangements. Expanded genes were significantly enriched in fatty acid elongation, phenylpropanoid biosynthesis, starch and sucrose metabolism, and circadian rhythm pathways. By comparative transcriptomic analysis we found that conserved drought tolerance related genes were expanded. Transcription of CsMYB genes was associated with differential development of chasmogamous and cleistogamous flowers, as well as drought tolerance. Furthermore, we found that regulation modules encompassing miRNA, transcription factors and target genes are involved in dimorphic flower development, validated by overexpression of CsAP2_9 and its targeted miR172 in rice. Our findings enable further understanding of the mechanisms of drought tolerance and flowering in C. songorica, and provide new insights into the adaptability of native grass species in evolution, along with potential resources for trait improvement in agronomically important species.

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

Translated Description (Arabic)

الملخص Cleistogenes songorica (2 ن = 4 × = 40) هو عشب صحراوي مع آلية ازدهار ثنائية الشكل فريدة من نوعها وقدرة على النجاة من الجفاف الشديد. لا يُعرف سوى القليل عن العوامل الوراثية الكامنة وراء تحمل الجفاف وقدرته على التكيف الإنجابي. هنا، قمنا بتسلسل وتجميع جينوم كروموسوم C. songorica عاليالجودة (CONTIG N50 = 21.28 ميجابايت). تم اشتقاق مجموعات كاملة من جميع التيلوميرات، وعشرة كروموسومات. ج . خضعت سونغوريكا لعملية رباعية الصبغيات مؤخرًا (منذ حوالي19 مليون سنة) وأربع عمليات إعادة ترتيب كروموسومية رئيسية. تم إثراء الجينات الموسعة بشكل كبير في استطالة الأحماض الدهنية، والتخليق الحيوي للفينيل بروبانويد، واستقلاب النشا والسكروز، ومسارات إيقاع الساعة البيولوجية. من خلال التحليل النسخي المقارن وجدنا أن الجينات ذات الصلة بالتسامح مع الجفاف تم توسيعها. ارتبط نسخ جينات CsMYB بالتطور التفاضلي للزهور المتزاوجة بالتباعد والزهور المتزاوجة بالتوازي، بالإضافة إلى تحمل الجفاف. علاوة على ذلك، وجدنا أن وحدات التنظيم التي تشمل miRNA وعوامل النسخ والجينات المستهدفة تشارك في تطوير الزهور ثنائية الشكل، والتي تم التحقق من صحتها من خلال التعبير المفرط عن CsAP2 _9 و miR172 المستهدف في الأرز. تتيح النتائج التي توصلنا إليها مزيدًا من الفهم لآليات تحمل الجفاف والإزهار في C. songorica، وتوفر رؤى جديدة حول قدرة أنواع العشب المحلية على التكيف في التطور، إلى جانب الموارد المحتملة لتحسين السمات في الأنواع ذات الأهمية الزراعية.

Translated Description (French)

Résumé Cleistogenes songorica (2 n = 4 x = 40) est une herbe du désert avec un mécanisme de floraison dimorphe unique et une capacité à survivre à une sécheresse extrême. On sait peu de choses sur la génétique sous-jacente à la tolérance à la sécheresse et sur son adaptabilité à la reproduction. Ici, nous avons séquencé et assemblé un génome de C. songorica de niveau chromosomique de haute qualité (contig N50 = 21,28 Mb). Des assemblages complets de tous les télomères et de dix chromosomes ont été dérivés . C. songorica a subi une tétraploïdisation récente (il y a environ19 millions d'années) et quatre réarrangements chromosomiques majeurs. Les gènes expansés ont été significativement enrichis en élongation des acides gras, en biosynthèse des phénylpropanoïdes, en métabolisme de l'amidon et du saccharose et en voies du rythme circadien. Par analyse transcriptomique comparative, nous avons constaté que les gènes liés à la tolérance à la sécheresse conservés étaient étendus. La transcription des gènes CsMYB a été associée au développement différentiel des fleurs chasmogames et cléistogames, ainsi qu'à la tolérance à la sécheresse. De plus, nous avons constaté que les modules de régulation englobant le miARN, les facteurs de transcription et les gènes cibles sont impliqués dans le développement des fleurs dimorphes, validé par la surexpression de CsAP2_9 et de son miR172 ciblé dans le riz. Nos résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes de tolérance à la sécheresse et de floraison chez C. songorica, et fournissent de nouvelles informations sur l'adaptabilité des espèces de graminées indigènes en évolution, ainsi que sur les ressources potentielles pour l'amélioration des caractères chez les espèces d'importance agronomique.

Translated Description (Spanish)

Resumen Cleistogenes songorica (2 n = 4 x = 40) es una hierba del desierto con un mecanismo de floración dimórfico único y una capacidad para sobrevivir a la sequía extrema. Poco se sabe sobre la genética subyacente a la tolerancia a la sequía y su adaptabilidad reproductiva. Aquí, secuenciamos y ensamblamos un genoma de C. songorica denivel cromosómico de alta calidad (cóntigo N50 = 21,28 Mb). Se derivaron ensamblajes completos de todos los telómeros y de diez cromosomas. C. songorica sufrió una tetraploidización reciente (hace ~19 millones de años) y cuatro reordenamientos cromosómicos importantes. Los genes expandidos se enriquecieron significativamente en la elongación de ácidos grasos, la biosíntesis de fenilpropanoides, el metabolismo del almidón y la sacarosa y las vías del ritmo circadiano. Mediante un análisis transcriptómico comparativo, encontramos que los genes conservados relacionados con la tolerancia a la sequía se expandieron. La transcripción de los genes CsMYB se asoció con el desarrollo diferencial de las flores casmogámicas y cleistogámicas, así como con la tolerancia a la sequía. Además, descubrimos que los módulos de regulación que abarcan miARN, factores de transcripción y genes diana están involucrados en el desarrollo de flores dimórficas, validado por la sobreexpresión de CsAP2_9 y su miR172 dirigido en arroz. Nuestros hallazgos permiten una mayor comprensión de los mecanismos de tolerancia a la sequía y floración en C. songorica, y proporcionan nuevos conocimientos sobre la adaptabilidad de las especies de pastos nativos en evolución, junto con recursos potenciales para la mejora de rasgos en especies agronómicamente importantes.

Files

pbi.13483.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ 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
md5:0a0207cc47fb506fec7e3cb512910067
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يوفر جينوم Cleistogenes <i>songorica</i> مخططًا للتشريح الوظيفي لتمايز الزهور ثنائية الشكل والقدرة على التكيف مع الجفاف
Translated title (French)
Le génome de Cleistogenes <i>songorica fournit un</i> modèle pour la dissection fonctionnelle de la différenciation des fleurs dimorphes et l'adaptabilité à la sécheresse
Translated title (Spanish)
El genoma de <i>Cleistogenes songorica</i> proporciona un modelo para la disección funcional de la diferenciación dimórfica de las flores y la adaptabilidad a la sequía

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3088595498
DOI
10.1111/pbi.13483

Is supplement to
https://openalex.org/W4388386498 (Other)
https://openalex.org/W4381279187 (Other)
https://openalex.org/W2942994004 (Other)
https://openalex.org/W2794386548 (Other)
https://openalex.org/W2399513595 (Other)
https://openalex.org/W2028462563 (Other)
https://openalex.org/W2013063066 (Other)
https://openalex.org/W1992950355 (Other)
https://openalex.org/W1841715584 (Other)
https://openalex.org/W1021674602 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1503524769
  • https://openalex.org/W1535972823
  • https://openalex.org/W1861776684
  • https://openalex.org/W1915573037
  • https://openalex.org/W1966385714
  • https://openalex.org/W1969084293
  • https://openalex.org/W1969108244
  • https://openalex.org/W1970968071
  • https://openalex.org/W1972171731
  • https://openalex.org/W1982855075
  • https://openalex.org/W1985951348
  • https://openalex.org/W1987572190
  • https://openalex.org/W1987637262
  • https://openalex.org/W1987871018
  • https://openalex.org/W1994300565
  • https://openalex.org/W1994448494
  • https://openalex.org/W1996700726
  • https://openalex.org/W1998138469
  • https://openalex.org/W2001903569
  • https://openalex.org/W2004406963
  • https://openalex.org/W2004657281
  • https://openalex.org/W2007979977
  • https://openalex.org/W2008856488
  • https://openalex.org/W2010851273
  • https://openalex.org/W2014094496
  • https://openalex.org/W2017408113
  • https://openalex.org/W2020134788
  • https://openalex.org/W2020497910
  • https://openalex.org/W2025238960
  • https://openalex.org/W2042881722
  • https://openalex.org/W2044231545
  • https://openalex.org/W2064659526
  • https://openalex.org/W2068374784
  • https://openalex.org/W2070494336
  • https://openalex.org/W2076658876
  • https://openalex.org/W2082330286
  • https://openalex.org/W2094335760
  • https://openalex.org/W2096128575
  • https://openalex.org/W2096909768
  • https://openalex.org/W2099852073
  • https://openalex.org/W2101409709
  • https://openalex.org/W2102278945
  • https://openalex.org/W2103441770
  • https://openalex.org/W2104005232
  • https://openalex.org/W2105106534
  • https://openalex.org/W2108787198
  • https://openalex.org/W2112435945
  • https://openalex.org/W2118970626
  • https://openalex.org/W2121224532
  • https://openalex.org/W2121840477
  • https://openalex.org/W2123516016
  • https://openalex.org/W2127973898
  • https://openalex.org/W2129003604
  • https://openalex.org/W2131047206
  • https://openalex.org/W2135538844
  • https://openalex.org/W2136145671
  • https://openalex.org/W2137759177
  • https://openalex.org/W2141458291
  • https://openalex.org/W2148592495
  • https://openalex.org/W2149429041
  • https://openalex.org/W2155628349
  • https://openalex.org/W2158804744
  • https://openalex.org/W2159517819
  • https://openalex.org/W2162170048
  • https://openalex.org/W2167681032
  • https://openalex.org/W2169245074
  • https://openalex.org/W2170161720
  • https://openalex.org/W2185693210
  • https://openalex.org/W2226893096
  • https://openalex.org/W2273760207
  • https://openalex.org/W2275613141
  • https://openalex.org/W2286358033
  • https://openalex.org/W2332199563
  • https://openalex.org/W2462322369
  • https://openalex.org/W2504968173
  • https://openalex.org/W2521922031
  • https://openalex.org/W2538143681
  • https://openalex.org/W2560529824
  • https://openalex.org/W2589371087
  • https://openalex.org/W2597631285
  • https://openalex.org/W2604308930
  • https://openalex.org/W2774911184
  • https://openalex.org/W2787105200
  • https://openalex.org/W2792404111
  • https://openalex.org/W2804617248
  • https://openalex.org/W2806508315
  • https://openalex.org/W2899408786
  • https://openalex.org/W2909089482
  • https://openalex.org/W2911251180
  • https://openalex.org/W2940547999
  • https://openalex.org/W2942506530
  • https://openalex.org/W2945924357
  • https://openalex.org/W2953345406
  • https://openalex.org/W2954970901
  • https://openalex.org/W2956054135
  • https://openalex.org/W2981520813
  • https://openalex.org/W4211254291
  • https://openalex.org/W4394666350