Published February 9, 2024 | Version v1
Publication Open

GhBRX.1, GhBRX.2, and GhBRX4.3 improve resistance to salt and cold stress in upland cotton

Creators

  • 1. Gansu Agricultural University
  • 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 3. Cotton Research Institute

Description

Introduction Abiotic stress during growth readily reduces cotton crop yield. The different survival tactics of plants include the activation of numerous stress response genes, such as BREVIS RADIX ( BRX ). Methods In this study, the BRX gene family of upland cotton was identified and analyzed by bioinformatics method, three salt-tolerant and cold-resistant GhBRX genes were screened. The expression of GhBRX.1 , GhBRX.2 and GhBRXL4.3 in upland cotton was silenced by virus-induced gene silencing (VIGS) technique. The physiological and biochemical indexes of plants and the expression of related stress-response genes were detected before and after gene silencing. The effects of GhBRX.1 , GhBRX.2 and GhBRXL4.3 on salt and cold resistance of upland cotton were further verified. Results and discussion We discovered 12, 6, and 6 BRX genes in Gossypium hirsutum , Gossypium raimondii and Gossypium arboreum , respectively. Chromosomal localization indicated that the retention and loss of GhBRX genes on homologous chromosomes did not have a clear preference for the subgenomes. Collinearity analysis suggested that segmental duplications were the main force for BRX gene amplification. The upland cotton genes GhBRX.1 , GhBRX.2 and GhBRXL4.3 are highly expressed in roots, and GhBRXL4.3 is also strongly expressed in the pistil. Transcriptome data and qRT‒PCR validation showed that abiotic stress strongly induced GhBRX.1 , GhBRX.2 and GhBRXL4.3 . Under salt stress and low-temperature stress conditions, the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT) and the content of soluble sugar and chlorophyll decreased in GhBRX.1- , GhBRX.2- and GhBRXL4.3 -silenced cotton plants compared with those in the control (TRV: 00). Moreover, GhBRX.1 -, GhBRX.2 - and GhBRXL4.3 -silenced cotton plants exhibited greater malondialdehyde (MDA) levels than did the control plants. Moreover, the expression of stress marker genes ( GhSOS1 , GhSOS2 , GhNHX1 , GhCIPK6 , GhBIN2 , GhSnRK2.6 , GhHDT4D , GhCBF1 and GhPP2C ) decreased significantly in the three target genes of silenced plants following exposure to stress. These results imply that the GhBRX.1 , GhBRX.2 and GhBRXL4.3 genes may be regulators of salt stress and low-temperature stress responses in upland cotton.

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

Translated Description (Arabic)

مقدمة الإجهاد اللاأحيائي أثناء النمو يقلل بسهولة من غلة محصول القطن. تتضمن تكتيكات البقاء المختلفة للنباتات تنشيط العديد من جينات الاستجابة للضغط، مثل الجذر القصير ( BRX ). الطرق في هذه الدراسة، تم تحديد وتحليل عائلة جينات BRX من قطن المرتفعات بواسطة طريقة المعلوماتية الحيوية، وتم فحص ثلاثة جينات GhBRX مقاومة للملح ومقاومة للبرد. تم إسكات التعبير عن GhBRX.1 و GhBRX.2 و GhBRXL4.3 في القطن المرتفع بواسطة تقنية إسكات الجينات التي يسببها الفيروس (VIGS). تم الكشف عن المؤشرات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية للنباتات والتعبير عن جينات الاستجابة للإجهاد ذات الصلة قبل وبعد إسكات الجينات. تم التحقق بشكل أكبر من تأثيرات GhBRX.1 و GhBRX.2 و GhBRXL4.3 على مقاومة الملح والبرد لقطن المرتفعات. النتائج والمناقشة اكتشفنا 12 و 6 و 6 جينات BRX في أشجار Gossypium hirsutum و Gossypium raimondii و Gossypium arboreum، على التوالي. أشار توطين الكروموسومات إلى أن الاحتفاظ بجينات GhBRX وفقدانها على الكروموسومات المتماثلة لم يكن له تفضيل واضح للجينات الفرعية. اقترح تحليل الخطية أن الازدواجية القطاعية كانت القوة الرئيسية لتضخيم جين BRX. يتم التعبير عن جينات القطن المرتفع GhBRX.1 و GhBRX.2 و GhBRXL4.3 بشكل كبير في الجذور، كما يتم التعبير عن GhBRXL4.3 بقوة في المدقة. بيانات Transcriptome و qRT - أظهر التحقق من صحة تفاعل البوليميراز المتسلسل أن الإجهاد اللاأحيائي تسبب بقوة في GhBRX.1 و GhBRX.2 و GhBRXL4.3 . في ظل إجهاد الملح وظروف الإجهاد في درجات الحرارة المنخفضة، انخفضت أنشطة ديسموتاز الأكسيد الفائق (SOD) والبيروكسيداز (POD) والكاتالاز (CAT) ومحتوى السكر القابل للذوبان والكلوروفيل في نباتات قطن GhBRX.1 و GhBRX.2 و GhBRXL4.3 مقارنة بتلك الموجودة في التحكم (TRV: 00). علاوة على ذلك، أظهرت مصانع القطن الصامتة GhBRX.1 - و GhBRX.2 - و GhBRXL4.3 - مستويات مالونديالدهيد (MDA) أكبر من مصانع التحكم. علاوة على ذلك، انخفض التعبير عن جينات علامة الإجهاد (GhSOS1 و GhSOS2 و GhNHX1 و GhCIPK6 و GhBIN2 و GhSnRK2.6 و GhHDT4D و GhCBF1 و GhPP2C) بشكل ملحوظ في الجينات الثلاثة المستهدفة للنباتات الصامتة بعد التعرض للإجهاد. تشير هذه النتائج إلى أن جينات GhBRX.1 و GhBRX.2 و GhBRXL4.3 قد تكون منظمات للإجهاد الملحي واستجابات الإجهاد في درجات الحرارة المنخفضة في القطن المرتفع.

Translated Description (French)

Introduction Le stress abiotique pendant la croissance réduit facilement le rendement des cultures de coton. Les différentes tactiques de survie des plantes comprennent l'activation de nombreux gènes de réponse au stress, tels que le BREVIS RADIX ( BRX ). Méthodes Dans cette étude, la famille de gènes BRX du coton des hautes terres a été identifiée et analysée par la méthode bioinformatique, trois gènes GhBRX tolérants au sel et résistants au froid ont été criblés. L'expression de GhBRX.1, GhBRX.2 et GhBRXL4.3 dans le coton des hautes terres a été réduite au silence par la technique de silençage génique induit par virus (VIGS). Les index physiologiques et biochimiques des plantes et l'expression des gènes de réponse au stress associés ont été détectés avant et après le silençage des gènes. Les effets de GhBRX.1, GhBRX.2 et GhBRXL4.3 sur la résistance au sel et au froid du coton des hautes terres ont été vérifiés. Résultats et discussion Nous avons découvert 12, 6 et 6 gènes BRX chez Gossypium hirsutum , Gossypium raimondii et Gossypium arboreum , respectivement. La localisation chromosomique a indiqué que la rétention et la perte des gènes GhBRX sur les chromosomes homologues n'avaient pas de préférence claire pour les sous-génomes. L'analyse de la collinéarité a suggéré que les duplications segmentaires étaient la principale force pour l'amplification du gène BRX. Les gènes de coton des hautes terres GhBRX.1, GhBRX.2 et GhBRXL4.3 sont fortement exprimés dans les racines, et GhBRXL4.3 est également fortement exprimé dans le pistil. Les données du transcriptome et la validation qRT‒PCR ont montré que le stress abiotique induisait fortement GhBRX.1, GhBRX.2 et GhBRXL4.3 . Dans des conditions de stress salin et de stress à basse température, les activités de la superoxyde dismutase (SOD), de la peroxydase (POD) et de la catalase (CAT) et la teneur en sucre soluble et en chlorophylle ont diminué dans les plants de coton réduits au silence GhBRX.1-, GhBRX.2- et GhBRXL4.3- par rapport à ceux du témoin (TRV : 00). De plus, les plants de coton réduits au silence GhBRX.1 -, GhBRX.2 - et GhBRXL4.3 - présentaient des niveaux de malondialdéhyde (MDA) plus élevés que les plants témoins. De plus, l'expression des gènes marqueurs de stress ( GhSOS1, GhSOS2, GhNHX1 , GhCIPK6 , GhBIN2 , GhSnRK2.6 , GhHDT4D, GhCBF1 et GhPP2C) a diminué de manière significative dans les trois gènes cibles des plantes silencieuses après exposition au stress. Ces résultats impliquent que les gènes GhBRX.1, GhBRX.2 et GhBRXL4.3 peuvent être des régulateurs du stress salin et des réponses au stress à basse température dans le coton des hautes terres.

Translated Description (Spanish)

Introducción El estrés abiótico durante el crecimiento reduce fácilmente el rendimiento del cultivo de algodón. Las diferentes tácticas de supervivencia de las plantas incluyen la activación de numerosos genes de respuesta al estrés, como el BREVIS RADIX ( BRX ). Métodos En este estudio, se identificó la familia de genes BRX del algodón de tierras altas y se analizó mediante un método bioinformático, se examinaron tres genes GhBRX tolerantes a la sal y resistentes al frío. La expresión de GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRXL4.3 en algodón de tierras altas se silenció mediante la técnica de silenciamiento génico inducido por virus (VIGS). Los índices fisiológicos y bioquímicos de las plantas y la expresión de genes de respuesta al estrés relacionados se detectaron antes y después del silenciamiento génico. Se verificaron adicionalmente los efectos de GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRXL4.3 sobre la resistencia a la sal y al frío del algodón de tierras altas. Resultados y discusión Descubrimos 12, 6 y 6 genes BRX en Gossypium hirsutum , Gossypium raimondii y Gossypium arboreum , respectivamente. La localización cromosómica indicó que la retención y pérdida de genes GhBRX en cromosomas homólogos no tenía una preferencia clara por los subgenomas. El análisis de colinealidad sugirió que las duplicaciones segmentarias eran la fuerza principal para la amplificación del gen BRX. Los genes de algodón de tierras altas GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRXL4.3 se expresan altamente en las raíces, y GhBRXL4.3 también se expresa fuertemente en el pistilo. Los datos del transcriptoma y la validación de qRT‒PCR mostraron que el estrés abiótico indujo fuertemente GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRXL4.3 . En condiciones de estrés salino y estrés a baja temperatura, las actividades de superóxido dismutasa (SOD), peroxidasa (Pod) y catalasa (CAT) y el contenido de azúcar soluble y clorofila disminuyeron en las plantas de algodón silenciadas con GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRXL4.3 en comparación con las del control (TRV: 00). Además, las plantas de algodón silenciadas con GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRXL4.3 exhibieron mayores niveles de malondialdehído (MDA) que las plantas de control. Además, la expresión de genes marcadores de estrés ( GhSOS1 , GhSOS2 , GhNHX1 , GhCIPK6 , GhBIN2 , GhSnRK2.6 , GhHDT4D, GhCBF1 y GhPP2C) disminuyó significativamente en los tres genes diana de plantas silenciadas después de la exposición al estrés. Estos resultados implican que los genes GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRXL4.3 pueden ser reguladores del estrés salino y las respuestas al estrés a baja temperatura en el algodón de tierras altas.

Files

pdf.pdf

Files (6.4 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:a9802eab61f4abc69b7c024c37420cd5
6.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يحسن GhBRX.1 و GhBRX.2 و GhBRX4.3 مقاومة الملح والإجهاد البارد في القطن المرتفع
Translated title (French)
GhBRX.1, GhBRX.2 et GhBRX4.3 améliorent la résistance au sel et au froid dans le coton des hautes terres
Translated title (Spanish)
GhBRX.1, GhBRX.2 y GhBRX4.3 mejoran la resistencia al estrés por sal y frío en el algodón de tierras altas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391689720
DOI
10.3389/fpls.2024.1353365

Is supplement to
https://openalex.org/W4306407686 (Other)
https://openalex.org/W359101105 (Other)
https://openalex.org/W2791341244 (Other)
https://openalex.org/W2557798099 (Other)
https://openalex.org/W2201248234 (Other)
https://openalex.org/W2081917043 (Other)
https://openalex.org/W2078660790 (Other)
https://openalex.org/W2074324989 (Other)
https://openalex.org/W2072761542 (Other)
https://openalex.org/W1953847668 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1481537657
  • https://openalex.org/W1572041393
  • https://openalex.org/W1768247331
  • https://openalex.org/W1879044828
  • https://openalex.org/W1914610732
  • https://openalex.org/W1944729816
  • https://openalex.org/W1970008018
  • https://openalex.org/W1971633881
  • https://openalex.org/W1976215839
  • https://openalex.org/W1986901847
  • https://openalex.org/W1987758454
  • https://openalex.org/W1992149390
  • https://openalex.org/W2015870691
  • https://openalex.org/W2023392223
  • https://openalex.org/W2031520937
  • https://openalex.org/W2031813591
  • https://openalex.org/W2051962593
  • https://openalex.org/W2060041263
  • https://openalex.org/W2067764726
  • https://openalex.org/W2072685722
  • https://openalex.org/W2076845200
  • https://openalex.org/W2090795516
  • https://openalex.org/W2093776734
  • https://openalex.org/W2097404112
  • https://openalex.org/W2102211481
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2109726040
  • https://openalex.org/W2112092738
  • https://openalex.org/W2119036302
  • https://openalex.org/W2120451099
  • https://openalex.org/W2125236621
  • https://openalex.org/W2126386203
  • https://openalex.org/W2127550929
  • https://openalex.org/W2133682060
  • https://openalex.org/W2157009395
  • https://openalex.org/W2163716996
  • https://openalex.org/W2172157255
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2291130599
  • https://openalex.org/W2311203695
  • https://openalex.org/W2345840922
  • https://openalex.org/W2622014095
  • https://openalex.org/W2626462919
  • https://openalex.org/W2762487388
  • https://openalex.org/W2768038168
  • https://openalex.org/W2794054290
  • https://openalex.org/W2898402099
  • https://openalex.org/W2939165788
  • https://openalex.org/W2950480486
  • https://openalex.org/W2963963718
  • https://openalex.org/W2966949137
  • https://openalex.org/W2997740011
  • https://openalex.org/W3010798294
  • https://openalex.org/W3010868518
  • https://openalex.org/W3036319615
  • https://openalex.org/W3037299203
  • https://openalex.org/W3046014324
  • https://openalex.org/W3095958872
  • https://openalex.org/W3101945115
  • https://openalex.org/W3133492744
  • https://openalex.org/W3135435890
  • https://openalex.org/W3136105107
  • https://openalex.org/W3142451036
  • https://openalex.org/W3203432895
  • https://openalex.org/W3215329877
  • https://openalex.org/W4200334134
  • https://openalex.org/W4303699406
  • https://openalex.org/W4313410644
  • https://openalex.org/W4318200310
  • https://openalex.org/W4375847019
  • https://openalex.org/W4388347359
  • https://openalex.org/W926719206