Published April 15, 2022
| Version v1
Publication
Open
Walnut N-Acetylserotonin Methyltransferase Gene Family Genome-Wide Identification and Diverse Functions Characterization During Flower Bud Development
Creators
- 1. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
- 2. Xinjiang Academy of Agricultural Sciences
Description
Melatonin widely mediates multiple developmental dynamics in plants as a vital growth stimulator, stress protector, and developmental regulator. N-acetylserotonin methyltransferase (ASMT) is the key enzyme that catalyzes the final step of melatonin biosynthesis in plants and plays an essential role in the plant melatonin regulatory network. Studies of ASMT have contributed to understanding the mechanism of melatonin biosynthesis in plants. However, AMST gene is currently uncharacterized in most plants. In this study, we characterized the JrASMT gene family using bioinformatics in a melatonin-rich plant, walnut. Phylogenetic, gene structure, conserved motifs, promoter elements, interacting proteins and miRNA analyses were also performed. The expansion and differentiation of the ASMT family occurred before the onset of the plant terrestrialization. ASMT genes were more differentiated in dicotyledonous plants. Forty-six ASMT genes were distributed in clusters on 10 chromosomes of walnut. Four JrASMT genes had homologous relationships both within walnut and between species. Cis-regulatory elements showed that JrASMT was mainly induced by light and hormones, and targeted cleavage of miRNA172 and miR399 may be an important pathway to suppress JrASMT expression. Transcriptome data showed that 13 JrASMT were differentially expressed at different periods of walnut bud development. WGCNA showed that JrASMT1/10/13/23 were coexpressed with genes regulating cell fate and epigenetic modifications during early physiological differentiation of walnut female flower buds. JrASMT12/28/37/40 were highly expressed during morphological differentiation of flower buds, associated with altered stress capacity of walnut flower buds, and predicted to be involved in the regulatory network of abscisic acid, salicylic acid, and cytokinin in walnut. The qRT-PCR validated the results of differential expression analysis and further provided three JrASMT genes with different expression profiles in walnut flower bud development. Our study explored the evolutionary relationships of the plant ASMT gene family and the functional characteristics of walnut JrASMT. It provides a valuable perspective for further understanding the complex melatonin mechanisms in plant developmental regulation.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتوسط الميلاتونين على نطاق واسع في ديناميكيات النمو المتعددة في النباتات كمحفز حيوي للنمو، وحامي للإجهاد، ومنظم للنمو. N - acetylserotonin methyltransferase (ASMT) هو الإنزيم الرئيسي الذي يحفز الخطوة الأخيرة من التخليق الحيوي للميلاتونين في النباتات ويلعب دورًا أساسيًا في الشبكة التنظيمية للميلاتونين النباتية. ساهمت دراسات ASMT في فهم آلية التخليق الحيوي للميلاتونين في النباتات. ومع ذلك، فإن جين AMST غير موصوف حاليًا في معظم النباتات. في هذه الدراسة، قمنا بتمييز عائلة جين JrASMT باستخدام المعلوماتية الحيوية في نبات الجوز الغني بالميلاتونين. كما تم إجراء تحليلات النشوء والتطور والبنية الجينية والزخارف المحفوظة والعناصر المعززة والبروتينات المتفاعلة والحمض النووي الريبي. حدث توسع وتمايز عائلة ASMT قبل بداية تأريض النبات. كانت جينات ASMT أكثر تمايزًا في النباتات ثنائية الفلقة. تم توزيع ستة وأربعين جين ASMT في مجموعات على 10 كروموسومات من الجوز. كان لأربعة جينات JrASMT علاقات متماثلة داخل الجوز وبين الأنواع. أظهرت العناصر التنظيمية Cis أن JrASMT كان ناتجًا بشكل أساسي عن الضوء والهرمونات، وقد يكون الانقسام المستهدف لـ miRNA172 و miR399 مسارًا مهمًا لقمع تعبير JrASMT. أظهرت بيانات Transcriptome أن 13 JrASMT تم التعبير عنها بشكل تفاضلي في فترات مختلفة من تطور برعم الجوز. أظهرت WGCNA أن JrASMT1/10/13/23 تم التعبير عنها مع الجينات التي تنظم مصير الخلية والتعديلات اللاجينية أثناء التمايز الفسيولوجي المبكر لبراعم الزهور الأنثوية للجوز. تم التعبير عن JrASMT12/28/37/40 بشكل كبير أثناء التمايز المورفولوجي لبراعم الزهور، المرتبط بقدرة الإجهاد المتغيرة لبراعم زهرة الجوز، وتوقع أن يشارك في الشبكة التنظيمية لحمض الأبسيسيك وحمض الساليسيليك والسيتوكينين في الجوز. تحقق qRT - PCR من صحة نتائج تحليل التعبير التفاضلي وزود ثلاثة جينات JRASMT بملفات تعريف تعبير مختلفة في تطور برعم زهرة الجوز. استكشفت دراستنا العلاقات التطورية لعائلة جين ASMT النباتية والخصائص الوظيفية لجين الجوز JrASMT. يوفر منظورًا قيمًا لمزيد من الفهم لآليات الميلاتونين المعقدة في تنظيم نمو النبات.Translated Description (French)
La mélatonine intervient largement dans la dynamique du développement chez les plantes en tant que stimulateur de croissance vital, protecteur du stress et régulateur du développement. La N-acétylsérotonine méthyltransférase (ASMT) est l'enzyme clé qui catalyse l'étape finale de la biosynthèse de la mélatonine chez les plantes et joue un rôle essentiel dans le réseau de régulation de la mélatonine des plantes. Les études de l'ASMT ont contribué à comprendre le mécanisme de la biosynthèse de la mélatonine chez les plantes. Cependant, le gène AMST n'est actuellement pas caractérisé dans la plupart des plantes. Dans cette étude, nous avons caractérisé la famille de gènes JrASMT en utilisant la bioinformatique dans une plante riche en mélatonine, le noyer. La phylogénétique, la structure des gènes, les motifs conservés, les éléments promoteurs, les protéines en interaction et les analyses de miARN ont également été effectués. L'expansion et la différenciation de la famille ASMT se sont produites avant le début de la terreurisation de la plante. Les gènes ASMT étaient plus différenciés chez les plantes dicotylédones. Quarante-six gènes ASMT ont été distribués en grappes sur 10 chromosomes de noix. Quatre gènes JrASMT avaient des relations homologues à la fois dans le noyer et entre les espèces. Les éléments cis-régulateurs ont montré que JrASMT était principalement induit par la lumière et les hormones, et le clivage ciblé de miRNA172 et miR399 peut être une voie importante pour supprimer l'expression de JrASMT. Les données du transcriptome ont montré que 13 JrASMT étaient exprimés différemment à différentes périodes du développement des bourgeons du noyer. WGCNA a montré que JrASMT1/10/13/23 était co-exprimé avec des gènes régulant le devenir cellulaire et les modifications épigénétiques au cours de la différenciation physiologique précoce des boutons floraux femelles de noix. JrASMT12/28/37/40 ont été fortement exprimés au cours de la différenciation morphologique des bourgeons floraux, associés à une capacité de stress altérée des bourgeons floraux de noix, et devraient être impliqués dans le réseau régulateur de l'acide abscissique, de l'acide salicylique et de la cytokinine dans la noix. La qRT-PCR a validé les résultats de l'analyse de l'expression différentielle et a en outre fourni trois gènes JrASMT avec différents profils d'expression dans le développement des bourgeons floraux de noix. Notre étude a exploré les relations évolutives de la famille de gènes ASMT de la plante et les caractéristiques fonctionnelles du JrASMT de la noix. Il fournit une perspective précieuse pour mieux comprendre les mécanismes complexes de la mélatonine dans la régulation du développement des plantes.Translated Description (Spanish)
La melatonina media ampliamente en múltiples dinámicas de desarrollo en las plantas como un estimulador vital del crecimiento, protector del estrés y regulador del desarrollo. La N-acetilserotonina metiltransferasa (ASMT) es la enzima clave que cataliza el paso final de la biosíntesis de melatonina en las plantas y desempeña un papel esencial en la red reguladora de la melatonina vegetal. Los estudios de ASMT han contribuido a comprender el mecanismo de la biosíntesis de melatonina en las plantas. Sin embargo, el gen AMST actualmente no está caracterizado en la mayoría de las plantas. En este estudio, caracterizamos la familia de genes JrASMT utilizando bioinformática en una planta rica en melatonina, la nuez. También se realizaron análisis filogenéticos, de estructura génica, de motivos conservados, de elementos promotores, de proteínas interactivas y de miARN. La expansión y diferenciación de la familia ASMT ocurrió antes del inicio de la terrestreización de la planta. Los genes ASMT estaban más diferenciados en las plantas dicotiledóneas. Cuarenta y seis genes ASMT se distribuyeron en grupos en 10 cromosomas de nuez. Cuatro genes JrASMT tenían relaciones homólogas tanto dentro de la nuez como entre especies. Los elementos reguladores cis mostraron que JrASMT fue inducido principalmente por la luz y las hormonas, y la escisión dirigida de miARN172 y miR399 puede ser una vía importante para suprimir la expresión de JrASMT. Los datos del transcriptoma mostraron que 13 JrASMT se expresaron diferencialmente en diferentes períodos del desarrollo del brote de nuez. WGCNA mostró que JrASMT1/10/13/23 se coexpresó con genes que regulan el destino celular y las modificaciones epigenéticas durante la diferenciación fisiológica temprana de los brotes de flores femeninas de nuez. JrASMT12/28/37/40 se expresaron altamente durante la diferenciación morfológica de los capullos florales, asociados con la capacidad de estrés alterada de los capullos florales de nuez, y se predijo que estarían involucrados en la red reguladora de ácido abscísico, ácido salicílico y citoquinina en la nuez. La qRT-PCR validó los resultados del análisis de expresión diferencial y proporcionó además tres genes JrASMT con diferentes perfiles de expresión en el desarrollo de brotes de flores de nuez. Nuestro estudio exploró las relaciones evolutivas de la familia de genes ASMT de la planta y las características funcionales de la nuez JrASMT. Proporciona una perspectiva valiosa para comprender mejor los complejos mecanismos de la melatonina en la regulación del desarrollo de las plantas.Files
pdf.pdf
Files
(6.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:22d5f46417e617b7a8f541b768b4e7a4
|
6.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الجوز N - أسيتيل سيروتونين ميثيل ترانسفيراز عائلة الجينوم على مستوى الجينوم وتوصيف الوظائف المتنوعة أثناء تطور براعم الزهور
- Translated title (French)
- Famille de gènes de la N-acétylsérotonine méthyltransférase de noix Identification à l'échelle du génome et caractérisation des fonctions diverses pendant le développement des boutons floraux
- Translated title (Spanish)
- Identificación de todo el genoma de la familia de genes de la N-acetilserotonina metiltransferasa de nuez y caracterización de funciones diversas durante el desarrollo de brotes florales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4224058765
- DOI
- 10.3389/fpls.2022.861043
References
- https://openalex.org/W1483984725
- https://openalex.org/W1922458582
- https://openalex.org/W1957439008
- https://openalex.org/W1963785067
- https://openalex.org/W1966327575
- https://openalex.org/W1975088608
- https://openalex.org/W1982372752
- https://openalex.org/W1990536696
- https://openalex.org/W2012854777
- https://openalex.org/W2013551886
- https://openalex.org/W2020134788
- https://openalex.org/W2021934606
- https://openalex.org/W2035908878
- https://openalex.org/W2044589249
- https://openalex.org/W2052852917
- https://openalex.org/W2063726662
- https://openalex.org/W2096234478
- https://openalex.org/W2102424043
- https://openalex.org/W2103912979
- https://openalex.org/W2107277218
- https://openalex.org/W2111487839
- https://openalex.org/W2118307844
- https://openalex.org/W2126702306
- https://openalex.org/W2137015675
- https://openalex.org/W2138793275
- https://openalex.org/W2143167684
- https://openalex.org/W2154775341
- https://openalex.org/W2157009395
- https://openalex.org/W2169389025
- https://openalex.org/W2179438025
- https://openalex.org/W2192080449
- https://openalex.org/W2280202596
- https://openalex.org/W2282735983
- https://openalex.org/W2320413839
- https://openalex.org/W2401855602
- https://openalex.org/W2416720553
- https://openalex.org/W2505999105
- https://openalex.org/W2518394958
- https://openalex.org/W2557189122
- https://openalex.org/W2561875074
- https://openalex.org/W2592034350
- https://openalex.org/W2765346274
- https://openalex.org/W2769686970
- https://openalex.org/W2792159457
- https://openalex.org/W2801901001
- https://openalex.org/W2888041107
- https://openalex.org/W2891155303
- https://openalex.org/W2892221614
- https://openalex.org/W2896973773
- https://openalex.org/W2898402099
- https://openalex.org/W2900569176
- https://openalex.org/W2900804561
- https://openalex.org/W2908203423
- https://openalex.org/W2914162439
- https://openalex.org/W2926114784
- https://openalex.org/W2941408298
- https://openalex.org/W2943327026
- https://openalex.org/W2949841808
- https://openalex.org/W2964849163
- https://openalex.org/W2969356357
- https://openalex.org/W2979980119
- https://openalex.org/W2983597343
- https://openalex.org/W2988396470
- https://openalex.org/W2998791196
- https://openalex.org/W3005235420
- https://openalex.org/W3012247404
- https://openalex.org/W3012876520
- https://openalex.org/W3014891614
- https://openalex.org/W3018334732
- https://openalex.org/W3026588877
- https://openalex.org/W3026876696
- https://openalex.org/W3035066874
- https://openalex.org/W3036319615
- https://openalex.org/W3040381818
- https://openalex.org/W3040494090
- https://openalex.org/W3041811562
- https://openalex.org/W3082128014
- https://openalex.org/W3083190450
- https://openalex.org/W3087709652
- https://openalex.org/W3093837975
- https://openalex.org/W3094962941
- https://openalex.org/W3095492653
- https://openalex.org/W3097514252
- https://openalex.org/W3126247886
- https://openalex.org/W3128329894
- https://openalex.org/W3129169955
- https://openalex.org/W3135275521
- https://openalex.org/W3137907436
- https://openalex.org/W3142870501
- https://openalex.org/W3145676060
- https://openalex.org/W3156536721
- https://openalex.org/W3158005829
- https://openalex.org/W3167466264
- https://openalex.org/W3183141100
- https://openalex.org/W3205192603
- https://openalex.org/W3209729548
- https://openalex.org/W3210521488
- https://openalex.org/W3212752957
- https://openalex.org/W3214825314
- https://openalex.org/W3214857377
- https://openalex.org/W3215307215
- https://openalex.org/W4200091943