Published August 14, 2020 | Version v1
Publication Open

Wheat root transcriptional responses against Gaeumannomyces graminis var. tritici

Creators

  • 1. Henan Academy of Agricultural Sciences
  • 2. Institute of Plant Protection
  • 3. Pingdingshan University
  • 4. University of Guelph

Description

Abstract Wheat root rot caused by Gaeumannomyces graminis var. tritici ( Ggt ) results in severe yield losses in wheat production worldwide. However, little is known about the molecular mechanism that regulates systemic symptom development in infected wheat. Fluorescent microscopy observation of the stained wheat roots infected by Ggt showed that lesions were visible when the fungus could be detected in the endodermis, pericycle and phloem at 5 days post inoculation (dpi), and rust symptoms were visible when there was extensive fungal colonization in the root cortex at 6 dpi. Transcriptome sequencing of Ggt -inoculated wheat roots and healthy control root samples was performed at 5 dpi to identify Ggt -induced gene expression changes in wheat roots at the time of lesion formation. A total of 3973 differentially expressed genes (DEGs) were identified, of which 1004 (25.27%) were up-regulated and 2969 (74.73%) were down-regulated in Ggt -inoculated wheat roots compared with those in control roots. GO annotation and KEGG pathway analysis of these DEGs revealed that many of them were associated with pathogen resistance, such as those involved in oxidation-reduction process, tryptophan biosynthesis process, and phenylpropanoid biosynthesis process. Analysis of DEGs revealed that 15 DEGs were involved in cellular regulation, 57 DEGs in signal transduction pathways, and 75 DEGs in cell wall reorganization, and 23 DEGs are pathogenesis-related proteins. Reverse transcription quantitative PCR (RT-qPCR) of 13 of those DEGs showed that these genes may play roles in wheat resistance against Ggt . Overall, this study represents the first transcriptional profiling of wheat roots in response to Ggt infection and further characterization of DEGs identified in this study may lead to better understanding of resistance against take-all in wheat.

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

Translated Description (Arabic)

يؤدي تعفن جذر القمح التجريدي الناجم عن Gaeumannomyces graminis var. tritici ( GGT ) إلى خسائر شديدة في إنتاج القمح في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن الآلية الجزيئية التي تنظم تطور الأعراض الجهازية في القمح المصاب. أظهرت الملاحظة المجهرية الفلورية لجذور القمح الملون المصابة بـ GGT أن الآفات كانت مرئية عندما يمكن اكتشاف الفطريات في الأدمة الداخلية والدورة المحيطة واللحاء في 5 أيام بعد التلقيح (DPI)، وكانت أعراض الصدأ مرئية عندما كان هناك استعمار فطري واسع النطاق في قشرة الجذر عند 6 DPI. تم إجراء تسلسل Transcriptome لجذور القمح الملقحة بـ Ggt وعينات جذر التحكم الصحية عند 5 نقطة في البوصة لتحديد تغيرات التعبير الجيني المستحثة بـ Ggt في جذور القمح في وقت تكوين الآفة. تم تحديد ما مجموعه 3973 من الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي (DEGs)، منها 1004 (25.27 ٪) تم تنظيمها بشكل أعلى و 2969 (74.73 ٪) تم تنظيمها بشكل أقل في جذور القمح الملقحة Ggt مقارنة بتلك الموجودة في جذور التحكم. كشف شرح GO وتحليل مسار KEGG لهذه DEGs أن العديد منها كان مرتبطًا بمقاومة مسببات الأمراض، مثل تلك المشاركة في عملية تقليل الأكسدة، وعملية التخليق الحيوي للتريبتوفان، وعملية التخليق الحيوي للفينيل بروبانويد. كشف تحليل DEGs أن 15 DEGs شاركت في التنظيم الخلوي، و 57 DEGs في مسارات نقل الإشارة، و 75 DEGs في إعادة تنظيم جدار الخلية، و 23 DEGs هي بروتينات مرتبطة بالتسبب في المرض. أظهر تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي للنسخ العكسي (RT - qPCR) لـ 13 من DEGs أن هذه الجينات قد تلعب أدوارًا في مقاومة القمح ضد GGT . بشكل عام، تمثل هذه الدراسة أول توصيف نصي لجذور القمح استجابةً لعدوى GGT وقد يؤدي المزيد من توصيف DEGs المحددة في هذه الدراسة إلى فهم أفضل للمقاومة ضد تناول كل شيء في القمح.

Translated Description (French)

Résumé La pourriture des racines de blé causée par Gaeumannomyces graminis var. tritici ( Ggt ) entraîne de graves pertes de rendement dans la production de blé dans le monde entier. Cependant, on sait peu de choses sur le mécanisme moléculaire qui régule le développement des symptômes systémiques chez le blé infecté. L'observation en microscopie fluorescente des racines de blé colorées infectées par Ggt a montré que les lésions étaient visibles lorsque le champignon pouvait être détecté dans l'endoderme, le péricycle et le phloème 5 jours après l'inoculation (DPI), et que les symptômes de rouille étaient visibles lorsqu'il y avait une colonisation fongique étendue dans le cortex racinaire à 6 DPI. Le séquençage du transcriptome des racines de blé inoculées par Ggt et des échantillons de racines témoins saines a été effectué à 5 dpi pour identifier les changements d'expression génique induits par Ggt dans les racines de blé au moment de la formation de la lésion. Au total, 3973 gènes à expression différentielle (DEG) ont été identifiés, dont 1004 (25,27 %) étaient régulés à la hausse et 2969 (74,73 %) étaient régulés à la baisse dans les racines de blé inoculées au Ggt par rapport à celles des racines témoins. L'annotation GO et l'analyse de la voie KEGG de ces DEG ont révélé que beaucoup d'entre eux étaient associés à la résistance aux agents pathogènes, tels que ceux impliqués dans le processus d'oxydoréduction, le processus de biosynthèse du tryptophane et le processus de biosynthèse des phénylpropanoïdes. L'analyse des DEG a révélé que 15 DEG étaient impliqués dans la régulation cellulaire, 57 DEG dans les voies de transduction du signal, et 75 DEG dans la réorganisation de la paroi cellulaire, et 23 DEG sont des protéines liées à la pathogenèse. La PCR quantitative de transcription inverse (RT-qPCR) de 13 de ces DEG a montré que ces gènes peuvent jouer un rôle dans la résistance du blé contre Ggt . Dans l'ensemble, cette étude représente le premier profil transcriptionnel des racines de blé en réponse à l'infection à Ggt et une caractérisation plus poussée des DEG identifiés dans cette étude pourrait conduire à une meilleure compréhension de la résistance à l'absorption chez le blé.

Translated Description (Spanish)

Resumen La podredumbre de la raíz del trigo causada por Gaeumannomyces graminis var. tritici ( Ggt ) produce graves pérdidas de rendimiento en la producción de trigo en todo el mundo. Sin embargo, se sabe poco sobre el mecanismo molecular que regula el desarrollo de síntomas sistémicos en el trigo infectado. La observación por microscopía fluorescente de las raíces de trigo teñidas infectadas por Ggt mostró que las lesiones eran visibles cuando el hongo podía detectarse en la endodermis, el periciclo y el floema a los 5 días posteriores a la inoculación (DPI), y los síntomas de roya eran visibles cuando había una colonización fúngica extensa en la corteza radicular a los 6 DPI. La secuenciación del transcriptoma de las raíces de trigo inoculadas con Ggt y las muestras de raíces de control sanas se realizó a los 5 dpi para identificar los cambios de expresión génica inducidos por Ggt en las raíces de trigo en el momento de la formación de la lesión. Se identificaron un total de 3973 genes expresados diferencialmente (DEG), de los cuales 1004 (25.27%) estaban regulados positivamente y 2969 (74.73%) estaban regulados negativamente en raíces de trigo inoculadas con Ggt en comparación con las raíces de control. La anotación GO y el análisis de la vía KEGG de estos DEG revelaron que muchos de ellos estaban asociados con la resistencia a patógenos, como los involucrados en el proceso de oxidación-reducción, el proceso de biosíntesis de triptófano y el proceso de biosíntesis de fenilpropanoides. El análisis de los DEG reveló que 15 DEG estaban involucrados en la regulación celular, 57 DEG en las vías de transducción de señales y 75 DEG en la reorganización de la pared celular, y 23 DEG son proteínas relacionadas con la patogénesis. La PCR cuantitativa de transcripción inversa (RT-qPCR) de 13 de esos DEG mostró que estos genes pueden desempeñar un papel en la resistencia del trigo contra Ggt . En general, este estudio representa el primer perfil transcripcional de raíces de trigo en respuesta a la infección por Ggt y una mayor caracterización de los DEG identificados en este estudio puede conducir a una mejor comprensión de la resistencia contra la ingesta total en el trigo.

Files

s42483-020-00066-7.pdf

Files (4.1 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
md5:8873e649ccb605bf15ee2338d0a49a38
4.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استجابات نسخ جذر القمح ضد Gaeumannomyces graminis var. tritici
Translated title (French)
Réponses transcriptionnelles de la racine de blé contre Gaeumannomyces graminis var. tritici
Translated title (Spanish)
Respuestas transcripcionales de la raíz de trigo contra Gaeumannomyces graminis var. tritici

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3049647343
DOI
10.1186/s42483-020-00066-7

Is supplement to
https://openalex.org/W2388363359 (Other)
https://openalex.org/W2350144374 (Other)
https://openalex.org/W2316428381 (Other)
https://openalex.org/W2166128175 (Other)
https://openalex.org/W2069471675 (Other)
https://openalex.org/W2054667873 (Other)
https://openalex.org/W2002121205 (Other)
https://openalex.org/W1995689746 (Other)
https://openalex.org/W1987624291 (Other)
https://openalex.org/W1969912848 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1494245820
  • https://openalex.org/W1519305404
  • https://openalex.org/W1597498083
  • https://openalex.org/W1606472968
  • https://openalex.org/W1768711802
  • https://openalex.org/W1895359918
  • https://openalex.org/W1964526327
  • https://openalex.org/W1965510986
  • https://openalex.org/W1966524327
  • https://openalex.org/W1976053879
  • https://openalex.org/W1989708899
  • https://openalex.org/W1991042537
  • https://openalex.org/W1994535787
  • https://openalex.org/W1999574084
  • https://openalex.org/W2006808135
  • https://openalex.org/W2009092243
  • https://openalex.org/W2022064793
  • https://openalex.org/W2033242365
  • https://openalex.org/W2037331424
  • https://openalex.org/W2039611928
  • https://openalex.org/W2045418536
  • https://openalex.org/W2045990265
  • https://openalex.org/W2058743798
  • https://openalex.org/W2076605297
  • https://openalex.org/W2076941625
  • https://openalex.org/W2105106534
  • https://openalex.org/W2105273654
  • https://openalex.org/W2106246499
  • https://openalex.org/W2107060225
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2110360795
  • https://openalex.org/W2114544212
  • https://openalex.org/W2117851001
  • https://openalex.org/W2119034410
  • https://openalex.org/W2121711582
  • https://openalex.org/W2123060905
  • https://openalex.org/W2125337277
  • https://openalex.org/W2126396822
  • https://openalex.org/W2126419817
  • https://openalex.org/W2141458291
  • https://openalex.org/W2152160274
  • https://openalex.org/W2154171675
  • https://openalex.org/W2155075508
  • https://openalex.org/W2156514821
  • https://openalex.org/W2165070130
  • https://openalex.org/W2169407811
  • https://openalex.org/W2169892024
  • https://openalex.org/W2279493624
  • https://openalex.org/W2320626510
  • https://openalex.org/W2325309602
  • https://openalex.org/W2884019237