Transcriptomic and metabolic responses of Calotropis procera to salt and drought stress
Creators
- Mohammed Z. Mutwakil1
- Nahid H. Hajrah1
-
Ahmed Atef1
- Sherif Edris1
- Mernan J. Sabir1
- Areej K. Al-Ghamdi1
- Meshaal J. Sabir1
-
Charlotte Nelson2
- Rania M. Makki1
-
Haytham Ali1
- Fotouh M. El-Domyati3
- Abdulrahman S. M. Al-Hajar1
-
Yoann Gloaguen4
-
Hassan S. Al‐Zahrani1
-
Jamal S. M. Sabir1
- Robert K. Jansen5
-
Ahmed Bahieldin3
-
Neil Hall6, 7
- 1. King Abdulaziz University
- 2. University of Liverpool
- 3. Ain Shams University
- 4. University of Glasgow
- 5. The University of Texas at Austin
- 6. Norwich Research Park
- 7. Earlham Institute
Description
Calotropis procera is a wild plant species in the family Apocynaceae that is able to grow in harsh, arid and heat stressed conditions. Understanding how this highly adapted plant persists in harsh environments should inform future efforts to improve the hardiness of crop and forage plant species. To study the plant response to droμght and osmotic stress, we treated plants with polyethylene glycol and NaCl and carried out transcriptomic and metabolomics measurements across a time-course of five days.We identified a highly dynamic transcriptional response across the time-course including dramatic changes in inositol signaling, stress response genes and cytokinins. The resulting metabolome changes also involved sharp increases of myo-inositol, a key signaling molecule and elevated amino acid metabolites at later times.The data generated here provide a first glimpse at the expressed genome of C. procera, a plant that is exceptionally well adapted to arid environments. We demonstrate, through transcriptome and metabolome analysis that myo-inositol signaling is strongly induced in response to drought and salt stress and that there is elevation of amino acid concentrations after prolonged osmotic stress. This work should lay the foundations of future studies in adaptation to arid environments.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
Calotropis procera هو نوع من النباتات البرية في عائلة Apocynaceae القادرة على النمو في ظروف قاسية وجافة ومجهدة بالحرارة. إن فهم كيفية استمرار هذا النبات شديد التكيف في البيئات القاسية يجب أن يوجه الجهود المستقبلية لتحسين صلابة أنواع المحاصيل والأعلاف. لدراسة استجابة النبات للإجهاد القطري والتناضحي، عالجنا النباتات بالبولي إيثيلين جليكول وكلوريد الصوديوم وأجرينا قياسات النسخ والاستقلاب عبر دورة زمنية مدتها خمسة أيام. حددنا استجابة نسخ ديناميكية للغاية عبر الدورة الزمنية بما في ذلك التغييرات الجذرية في إشارات الإينوسيتول وجينات الاستجابة للإجهاد والسيتوكينين. تضمنت التغييرات الأيضية الناتجة أيضًا زيادات حادة في myo - inositol، وهو جزيء إشارة رئيسي ومستقلبات مرتفعة من الأحماض الأمينية في أوقات لاحقة. توفر البيانات التي تم إنشاؤها هنا لمحة أولى عن الجينوم المعبر عنه لـ C. procera، وهو نبات يتكيف جيدًا بشكل استثنائي مع البيئات القاحلة. نثبت، من خلال تحليل transcriptome و metabolome، أن إشارات myo - inositol مستحثة بقوة استجابة للجفاف والإجهاد الملحي وأن هناك ارتفاعًا في تركيزات الأحماض الأمينية بعد الإجهاد التناضحي المطول. يجب أن يضع هذا العمل أسس الدراسات المستقبلية في التكيف مع البيئات القاحلة.Translated Description (French)
Calotropis procera est une espèce de plante sauvage de la famille des Apocynaceae qui est capable de se développer dans des conditions difficiles, arides et stressées par la chaleur. Comprendre comment cette plante hautement adaptée persiste dans des environnements difficiles devrait éclairer les efforts futurs visant à améliorer la rusticité des espèces végétales cultivées et fourragères. Pour étudier la réponse des plantes au stress osmotique, nous avons traité les plantes avec du polyéthylène glycol et du NaCl et effectué des mesures transcriptomiques et métabolomiques sur une période de cinq jours. Nous avons identifié une réponse transcriptionnelle très dynamique sur toute la période, y compris des changements spectaculaires dans la signalisation de l'inositol, les gènes de réponse au stress et les cytokinines. Les changements métaboliques qui en ont résulté ont également impliqué de fortes augmentations du myo-inositol, une molécule de signalisation clé et des métabolites d'acides aminés élevés plus tard. Les données générées ici donnent un premier aperçu du génome exprimé de C. procera, une plante exceptionnellement bien adaptée aux environnements arides. Nous démontrons, par l'analyse du transcriptome et du métabolome, que la signalisation du myo-inositol est fortement induite en réponse à la sécheresse et au stress salin et qu'il y a élévation des concentrations d'acides aminés après un stress osmotique prolongé. Ces travaux devraient jeter les bases d'études futures sur l'adaptation aux environnements arides.Translated Description (Spanish)
Calotropis procera es una especie de planta silvestre de la familia Apocynaceae que es capaz de crecer en condiciones duras, áridas y estresadas por el calor. Comprender cómo esta planta altamente adaptada persiste en entornos hostiles debería informar los esfuerzos futuros para mejorar la resistencia de las especies de plantas de cultivo y forraje. Para estudiar la respuesta de la planta a la droμght y al estrés osmótico, tratamos las plantas con polietilenglicol y NaCl y llevamos a cabo mediciones transcriptómicas y metabolómicas en un transcurso de tiempo de cinco días. Identificamos una respuesta transcripcional altamente dinámica a lo largo del transcurso del tiempo, incluidos cambios dramáticos en la señalización de inositol, genes de respuesta al estrés y citoquininas. Los cambios en el metaboloma resultantes también implicaron aumentos bruscos de mioinositol, una molécula de señalización clave y metabolitos de aminoácidos elevados en momentos posteriores. Los datos generados aquí proporcionan una primera visión del genoma expresado de C. procera, una planta que está excepcionalmente bien adaptada a entornos áridos. Demostramos, a través del análisis del transcriptoma y el metaboloma, que la señalización del mioinositol se induce fuertemente en respuesta a la sequía y al estrés salino y que hay una elevación de las concentraciones de aminoácidos después del estrés osmótico prolongado. Este trabajo debería sentar las bases de futuros estudios de adaptación a ambientes áridos.Files
s12870-017-1155-7.pdf
Files
(1.8 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:c52d8232693dfc434bfd6016eaa67051
|
1.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استجابات النسخ والتمثيل الغذائي لـ Calotropis procera لإجهاد الملح والجفاف
- Translated title (French)
- Réponses transcriptomiques et métaboliques de Calotropis procera au stress dû au sel et à la sécheresse
- Translated title (Spanish)
- Respuestas transcriptómicas y metabólicas de Calotropis procera al estrés por sal y sequía
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2772271135
- DOI
- 10.1186/s12870-017-1155-7
References
- https://openalex.org/W1978663986
- https://openalex.org/W1978821137
- https://openalex.org/W1994064737
- https://openalex.org/W1999130344
- https://openalex.org/W2001253000
- https://openalex.org/W2004339749
- https://openalex.org/W2011657487
- https://openalex.org/W2034149538
- https://openalex.org/W2036940431
- https://openalex.org/W2039850753
- https://openalex.org/W2040535966
- https://openalex.org/W2046298723
- https://openalex.org/W2051741041
- https://openalex.org/W2069320839
- https://openalex.org/W2070066641
- https://openalex.org/W2074774536
- https://openalex.org/W2085335089
- https://openalex.org/W2096711731
- https://openalex.org/W2100044209
- https://openalex.org/W2101735889
- https://openalex.org/W2103030029
- https://openalex.org/W2111552503
- https://openalex.org/W2113698110
- https://openalex.org/W2114104545
- https://openalex.org/W2114149804
- https://openalex.org/W2114900530
- https://openalex.org/W2125917305
- https://openalex.org/W2126863133
- https://openalex.org/W2133156589
- https://openalex.org/W2138032440
- https://openalex.org/W2142175676
- https://openalex.org/W2142788979
- https://openalex.org/W2144626145
- https://openalex.org/W2146075132
- https://openalex.org/W2154860326
- https://openalex.org/W2156692562
- https://openalex.org/W2157263433
- https://openalex.org/W2164154943
- https://openalex.org/W2189452191
- https://openalex.org/W2408483783
- https://openalex.org/W2409266659
- https://openalex.org/W2463712510
- https://openalex.org/W2473744819
- https://openalex.org/W2525862283
- https://openalex.org/W2551993250
- https://openalex.org/W2552063616
- https://openalex.org/W2556085011
- https://openalex.org/W2560568766
- https://openalex.org/W2575366726