Published June 30, 2021 | Version v1
Publication Open

Multiple responses contribute to the enhanced drought tolerance of the autotetraploid Ziziphus jujuba Mill. var. spinosa

Creators

  • 1. Beijing Forestry University

Description

Polyploid plants often exhibit enhanced stress tolerance. The underlying physiological and molecular bases of such mechanisms remain elusive. Here, we characterized the drought tolerance of autotetraploid sour jujube at phenotypic, physiological and molecular levels.The study findings showed that the autotetraploid sour jujube exhibited a superior drought tolerance and enhanced regrowth potential after dehydration in comparison with the diploid counterpart. Under drought stress, more differentially expressed genes (DEGs) were detected in autotetraploid sour jujube and the physiological responses gradually triggered important functions. Through GO enrichment analysis, many DEGs between the diploid and autotetraploid sour jujube after drought-stress exposure were annotated to the oxidation-reduction process, photosystem, DNA binding transcription factor activity and oxidoreductase activity. Six reactive oxygen species scavenging-related genes were specifically differentially expressed and the larger positive fold-changes of the DEGs involved in glutathione metabolism were detected in autotetraploid. Consistently, the lower O2- level and malonaldehyde (MDA) content and higher antioxidant enzymes activity were detected in the autotetraploid under drought-stress conditions. In addition, DEGs in the autotetraploid after stress exposure were significantly enriched in anthocyanin biosynthesis, DNA replication, photosynthesis and plant hormone, including auxin, abscisic acid and gibberellin signal-transduction pathways. Under osmotic stress conditions, genes associated with the synthesis and transport of osmotic regulators including anthocyanin biosynthesis genes were differentially expressed, and the soluble sugar, soluble protein and proline contents were significantly higher in the autotetraploid. The higher chlorophyll content and DEGs enriched in photosynthesis suggest that the photosynthetic system in the autotetraploid was enhanced compared with diploid during drought stress. Moreover, several genes encoding transcription factors (TFs) including GRAS, Bhlh, MYB, WRKY and NAC were induced specifically or to higher levels in the autotetraploid under drought-stress conditions, and hub genes, LOC107403632, LOC107422279, LOC107434947, LOC107412673 and LOC107432609, related to 18 up-regulated transcription factors in the autotetraploid compared with the diploid were identified.Taken together, multiple responses contribute to the enhanced drought tolerance of autotetraploid sour jujube. This study could provide an important basis for elucidating the mechanism of tolerance variation after the polyploidization of trees.

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

Translated Description (Arabic)

غالبًا ما تُظهر النباتات متعددة الصيغ الصبغية تحملًا معززًا للإجهاد. لا تزال القواعد الفسيولوجية والجزيئية الكامنة وراء هذه الآليات بعيدة المنال. هنا، قمنا بتمييز تحمل الجفاف للعناب الحامض رباعي الصيغة الصبغية الذاتية على المستويات الظاهرية والفسيولوجية والجزيئية. أظهرت نتائج الدراسة أن العناب الحامض رباعي الصيغة الصبغية الذاتية أظهر قدرة فائقة على تحمل الجفاف وتعزيز إمكانات إعادة النمو بعد الجفاف مقارنة بالنظير ثنائي الصيغة الصبغية. تحت ضغط الجفاف، تم الكشف عن الجينات المعبر عنها بشكل أكثر تفاضلاً (DEGs) في عناب حامض رباعي الصبغيات الذاتية وأدت الاستجابات الفسيولوجية تدريجياً إلى وظائف مهمة. من خلال تحليل إثراء GO، تم شرح العديد من DEGs بين العناب الحامض ثنائي الصيغة الصبغية و رباعي الصيغة الصبغية الذاتية بعد التعرض لإجهاد الجفاف لعملية تقليل الأكسدة، والنظام الضوئي، ونشاط عامل نسخ ربط الحمض النووي ونشاط الأكسدة. تم التعبير عن ستة جينات تفاعلية مرتبطة بكسح أنواع الأكسجين بشكل تفاضلي على وجه التحديد وتم اكتشاف التغييرات الإيجابية الأكبر في DEGs المشاركة في استقلاب الجلوتاثيون في الرباعية الصبغية الذاتية. باستمرار، تم الكشف عن محتوى منخفض من مستوى الأكسجين والمالونالديهايد (MDA) ونشاط إنزيمات مضادة للأكسدة أعلى في الصبغيات الرباعية الذاتية في ظل ظروف إجهاد الجفاف. بالإضافة إلى ذلك، تم إثراء DEGs في الصبغيات الرباعية الذاتية بعد التعرض للإجهاد بشكل كبير في التخليق الحيوي للأنثوسيانين وتكرار الحمض النووي والتركيب الضوئي وهرمون النبات، بما في ذلك مسارات نقل إشارة الأوكسين وحمض الأبسيسيك والجبريلين. في ظل ظروف الإجهاد التناضحي، تم التعبير عن الجينات المرتبطة بتوليف ونقل المنظمين التناضحيين بما في ذلك جينات التخليق الحيوي للأنثوسيانين بشكل تفاضلي، وكانت محتويات السكر القابل للذوبان والبروتين القابل للذوبان والبرولين أعلى بكثير في الصبغيات الرباعية الذاتية. يشير المحتوى العالي من الكلوروفيل و DEGs المخصب في التمثيل الضوئي إلى أن نظام التمثيل الضوئي في الرباعي الصبغي الذاتي قد تم تعزيزه مقارنةً بالصبغيات الثنائية أثناء إجهاد الجفاف. علاوة على ذلك، تم حث العديد من الجينات التي ترمز إلى عوامل النسخ (TFs) بما في ذلك GRAS و Bhlh و MIB و WRKY و NAC على وجه التحديد أو إلى مستويات أعلى في الرباعية الصبغية الذاتية في ظل ظروف الجفاف، وتم تحديد جينات HUB و LOC107403632 و LOC107422279 و LOC107434947 و LOC107412673 و LOC107432609، المتعلقة بـ 18 عامل نسخ منظم في الرباعية الصبغية الذاتية مقارنة مع ثنائي الصيغة الصبغية. يمكن أن توفر هذه الدراسة أساسًا مهمًا لتوضيح آلية تباين التسامح بعد تعدد الصيغ الصبغية للأشجار.

Translated Description (French)

Les plantes polyploïdes présentent souvent une meilleure tolérance au stress. Les bases physiologiques et moléculaires sous-jacentes de ces mécanismes restent insaisissables. Ici, nous avons caractérisé la tolérance à la sécheresse du jujube acide autotétraploïde aux niveaux phénotypique, physiologique et moléculaire. Les résultats de l'étude ont montré que le jujube acide autotétraploïde présentait une tolérance supérieure à la sécheresse et un potentiel de repousse amélioré après déshydratation par rapport à son homologue diploïde. Sous le stress de la sécheresse, des gènes plus différentiellement exprimés (DEG) ont été détectés dans le jujube acide autotétraploïde et les réponses physiologiques ont progressivement déclenché des fonctions importantes. Grâce à l'analyse d'enrichissement GO, de nombreux DEG entre le jujube acide diploïde et autotétraploïde après l'exposition à la sécheresse-stress ont été annotés au processus d'oxydo-réduction, au photosystème, à l'activité du facteur de transcription de liaison à l'ADN et à l'activité de l'oxydoréductase. Six gènes liés au piégeage des espèces réactives de l'oxygène ont été spécifiquement exprimés de manière différentielle et les changements de pli positifs plus importants des DEG impliqués dans le métabolisme du glutathion ont été détectés chez les autotétraploïdes. De manière cohérente, la teneur plus faible en O2- et en malonaldéhyde (MDA) et l'activité plus élevée des enzymes antioxydantes ont été détectées dans l'autotétraploïde dans des conditions de stress lié à la sécheresse. De plus, les DEG dans l'autotétraploïde après une exposition au stress ont été significativement enrichis en biosynthèse des anthocyanes, en réplication de l'ADN, en photosynthèse et en hormones végétales, y compris les voies de transduction du signal de l'auxine, de l'acide abscissique et de la gibbérelline. Dans des conditions de stress osmotique, les gènes associés à la synthèse et au transport des régulateurs osmotiques, y compris les gènes de biosynthèse des anthocyanes, étaient exprimés différemment, et les teneurs en sucre soluble, en protéines solubles et en proline étaient significativement plus élevées dans l'autotétraploïde. La teneur plus élevée en chlorophylle et les DEG enrichis en photosynthèse suggèrent que le système photosynthétique dans l'autotétraploïde a été amélioré par rapport au diploïde pendant le stress de sécheresse. De plus, plusieurs gènes codant pour des facteurs de transcription (TF), notamment GRAS, Bhlh, MYB, WRKY et NAC, ont été induits spécifiquement ou à des niveaux plus élevés dans l'autotétraploïde dans des conditions de stress lié à la sécheresse, et des gènes hub, LOC107403632, LOC107422279, LOC107434947, LOC107412673 et LOC107432609, liés à 18 facteurs de transcription régulés à la hausse dans l'autotétraploïde par rapport au diploïde ont été identifiés. Pris ensemble, de multiples réponses contribuent à l'amélioration de la tolérance à la sécheresse du jujube acide autotétraploïde. Cette étude pourrait fournir une base importante pour élucider le mécanisme de variation de la tolérance après la polyploïdisation des arbres.

Translated Description (Spanish)

Las plantas poliploides a menudo exhiben una mayor tolerancia al estrés. Las bases fisiológicas y moleculares subyacentes de tales mecanismos siguen siendo difíciles de alcanzar. Aquí, caracterizamos la tolerancia a la sequía del azufaifo ácido autotetraploide a niveles fenotípicos, fisiológicos y moleculares. Los hallazgos del estudio mostraron que el azufaifo ácido autotetraploide exhibía una tolerancia superior a la sequía y un mayor potencial de recrecimiento después de la deshidratación en comparación con la contraparte diploide. Bajo estrés por sequía, se detectaron más genes expresados diferencialmente (DEG) en el azufaifo ácido autotetraploide y las respuestas fisiológicas desencadenaron gradualmente funciones importantes. A través del análisis de enriquecimiento de GO, muchos DEG entre el azufaifo ácido diploide y autotetraploide después de la exposición al estrés por sequía se anotaron en el proceso de oxidación-reducción, el fotosistema, la actividad del factor de transcripción de unión al ADN y la actividad de la oxidorreductasa. Seis genes relacionados con la eliminación de especies reactivas de oxígeno se expresaron específicamente de manera diferencial y los mayores cambios en el número de veces positivos de los DEG involucrados en el metabolismo del glutatión se detectaron en el autotetraploide. Consistentemente, el menor nivel de O2- y contenido de malonaldehído (MDA) y la mayor actividad de enzimas antioxidantes se detectaron en el autotetraploide en condiciones de estrés por sequía. Además, las DEG en el autotetraploide después de la exposición al estrés se enriquecieron significativamente en la biosíntesis de antocianinas, la replicación del ADN, la fotosíntesis y la hormona vegetal, incluidas las vías de transducción de señales de auxina, ácido abscísico y giberelina. En condiciones de estrés osmótico, los genes asociados con la síntesis y el transporte de reguladores osmóticos, incluidos los genes de biosíntesis de antocianinas, se expresaron diferencialmente, y los contenidos de azúcar soluble, proteína soluble y prolina fueron significativamente mayores en el autotetraploide. El mayor contenido de clorofila y los DEG enriquecidos en la fotosíntesis sugieren que el sistema fotosintético en el autotetraploide mejoró en comparación con el diploide durante el estrés por sequía. Además, varios genes que codifican factores de transcripción (TF), incluidos GRAS, Bhlh, MYB, WRKY y NAC, se indujeron específicamente o a niveles más altos en el autotetraploide en condiciones de estrés por sequía, y se identificaron genes hub, LOC107403632, LOC107422279, LOC107434947, LOC107412673 y LOC107432609, relacionados con 18 factores de transcripción regulados positivamente en el autotetraploide en comparación con el diploide. Tomados en conjunto, las respuestas múltiples contribuyen a la mayor tolerancia a la sequía del azufaifón ácido autotetraploide. Este estudio podría proporcionar una base importante para dilucidar el mecanismo de variación de la tolerancia después de la poliploidización de los árboles.

Files

s13578-021-00633-1.pdf

Files (3.9 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
md5:5b6ba0417f6b59b0ddddf06d021d995c
3.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تساهم الاستجابات المتعددة في تعزيز تحمل الجفاف لمطحنة زيزيفوس جوجوبا رباعية الصبغيات الذاتية. فار. سبينوزا
Translated title (French)
Les réponses multiples contribuent à l'amélioration de la tolérance à la sécheresse de l'autotétraploïde Ziziphus jujuba Mill. var. spinosa
Translated title (Spanish)
Las respuestas múltiples contribuyen a la mayor tolerancia a la sequía del autotetraploide Ziziphus jujuba Mill. var. spinosa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3175916760
DOI
10.1186/s13578-021-00633-1

Is supplement to
https://openalex.org/W4246842505 (Other)
https://openalex.org/W2913701243 (Other)
https://openalex.org/W2376913448 (Other)
https://openalex.org/W2116307528 (Other)
https://openalex.org/W2083197283 (Other)
https://openalex.org/W2041674956 (Other)
https://openalex.org/W2001816367 (Other)
https://openalex.org/W1965248169 (Other)
https://openalex.org/W1944875260 (Other)
https://openalex.org/W1524759995 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1592350886
  • https://openalex.org/W1902758080
  • https://openalex.org/W1966300921
  • https://openalex.org/W1968995461
  • https://openalex.org/W1973289372
  • https://openalex.org/W1973420399
  • https://openalex.org/W1977626645
  • https://openalex.org/W1980216831
  • https://openalex.org/W2004037988
  • https://openalex.org/W2006151750
  • https://openalex.org/W2013128880
  • https://openalex.org/W2013588085
  • https://openalex.org/W2014596107
  • https://openalex.org/W2020641398
  • https://openalex.org/W2020931078
  • https://openalex.org/W2025448232
  • https://openalex.org/W2026209195
  • https://openalex.org/W2027778839
  • https://openalex.org/W2027847170
  • https://openalex.org/W2028823348
  • https://openalex.org/W2033407764
  • https://openalex.org/W2034455059
  • https://openalex.org/W2044766543
  • https://openalex.org/W2047983521
  • https://openalex.org/W2052001330
  • https://openalex.org/W2059878821
  • https://openalex.org/W2060981876
  • https://openalex.org/W2071259435
  • https://openalex.org/W2078614079
  • https://openalex.org/W2078746603
  • https://openalex.org/W2078862918
  • https://openalex.org/W2081327193
  • https://openalex.org/W2084139224
  • https://openalex.org/W2087751835
  • https://openalex.org/W2095779053
  • https://openalex.org/W2096253627
  • https://openalex.org/W2102278945
  • https://openalex.org/W2103017472
  • https://openalex.org/W2104005232
  • https://openalex.org/W2105422221
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2109055289
  • https://openalex.org/W2109720086
  • https://openalex.org/W2114104545
  • https://openalex.org/W2114443210
  • https://openalex.org/W2123815303
  • https://openalex.org/W2133790733
  • https://openalex.org/W2135982982
  • https://openalex.org/W2139514307
  • https://openalex.org/W2140918488
  • https://openalex.org/W2141706638
  • https://openalex.org/W2142237411
  • https://openalex.org/W2143136263
  • https://openalex.org/W2144227693
  • https://openalex.org/W2144462468
  • https://openalex.org/W2144904379
  • https://openalex.org/W2145876138
  • https://openalex.org/W2147526198
  • https://openalex.org/W2148265099
  • https://openalex.org/W2149127266
  • https://openalex.org/W2149287375
  • https://openalex.org/W2152746275
  • https://openalex.org/W2152876917
  • https://openalex.org/W2154139219
  • https://openalex.org/W2155651473
  • https://openalex.org/W2158046293
  • https://openalex.org/W2159068519
  • https://openalex.org/W2167744640
  • https://openalex.org/W2169989008
  • https://openalex.org/W2170829472
  • https://openalex.org/W2181712121
  • https://openalex.org/W2213805990
  • https://openalex.org/W2281281267
  • https://openalex.org/W2408421309
  • https://openalex.org/W2463105934
  • https://openalex.org/W2479029632
  • https://openalex.org/W2533355719
  • https://openalex.org/W2611031887
  • https://openalex.org/W2726184900
  • https://openalex.org/W2735756662
  • https://openalex.org/W2769085294
  • https://openalex.org/W2770819995
  • https://openalex.org/W2772780358
  • https://openalex.org/W2804715272
  • https://openalex.org/W2809698346
  • https://openalex.org/W2883678104
  • https://openalex.org/W2897592672
  • https://openalex.org/W2904076314
  • https://openalex.org/W2906575562
  • https://openalex.org/W2947469711
  • https://openalex.org/W2971508091
  • https://openalex.org/W2979201954
  • https://openalex.org/W2990962182
  • https://openalex.org/W2991969922
  • https://openalex.org/W3000234499
  • https://openalex.org/W3014703837
  • https://openalex.org/W3014766376
  • https://openalex.org/W3017035840
  • https://openalex.org/W3028798355
  • https://openalex.org/W3031223764
  • https://openalex.org/W3046305504
  • https://openalex.org/W3049170451
  • https://openalex.org/W3082672377
  • https://openalex.org/W3091936418
  • https://openalex.org/W3093429195
  • https://openalex.org/W3099150310
  • https://openalex.org/W3122540149
  • https://openalex.org/W4293247451