Published April 11, 2019 | Version v1
Publication Open

Genome-wide identification of Gossypium INDETERMINATE DOMAIN genes and their expression profiles in ovule development and abiotic stress responses

Creators

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

Description

INDETERMINATE DOMAIN (IDD) transcription factors form one of the largest and most conserved gene families in plant kingdom and play important roles in various processes of plant growth and development, such as flower induction in term of flowering control. Till date, systematic and functional analysis of IDD genes remained infancy in cotton. In this study, we identified total of 162 IDD genes from eight different plant species including 65 IDD genes in Gossypium hirsutum. Phylogenetic analysis divided IDDs genes into seven well distinct groups. The gene structures and conserved motifs of GhIDD genes depicted highly conserved exon-intron and protein motif distribution patterns. Gene duplication analysis revealed that among 142 orthologous gene pairs, 54 pairs have been derived by segmental duplication events and four pairs by tandem duplication events. Further, Ka/Ks values of most of orthologous/paralogous gene pairs were less than one suggested the purifying selection pressure during evolution. Spatiotemporal expression pattern by qRT-PCR revealed that most of the investigated GhIDD genes showed higher transcript levels in ovule of seven days post anthesis, and upregulated response under the treatments of multiple abiotic stresses. Evolutionary analysis revealed that IDD gene family was highly conserved in plant during the rapid phase of evolution. Whole genome duplication, segmental as well as tandem duplication significantly contributed to the expansion of IDD gene family in upland cotton. Some distinct genes evolved into special subfamily and indicated potential role in the allotetraploidy Gossypium hisutum evolution and development. High transcript levels of GhIDD genes in ovules illustrated their potential roles in seed and fiber development. Further, upregulated responses of GhIDD genes under the treatments of various abiotic stresses suggested them as important genetic regulators to improve stress resistance in cotton breeding.

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

Translated Description (Arabic)

تشكل عوامل نسخ النطاق غير المحدد (IDD) واحدة من أكبر عائلات الجينات وأكثرها حفظًا في المملكة النباتية وتلعب أدوارًا مهمة في مختلف عمليات نمو النبات وتطوره، مثل تحريض الزهور من حيث التحكم في الإزهار. حتى الآن، ظل التحليل المنهجي والوظيفي لجينات اضطراب نقص الانتباه في مرحلة الطفولة في القطن. في هذه الدراسة، حددنا ما مجموعه 162 جينًا من IDD من ثمانية أنواع نباتية مختلفة بما في ذلك 65 جينًا من IDD في Gossypium hirsutum. قسم التحليل التطوري جينات الأمراض المعدية المعدية إلى سبع مجموعات متميزة. صورت الهياكل الجينية والزخارف المحفوظة لجينات غيد أنماط توزيع إكسون- إنترون وزخارف البروتين المحفوظة للغاية. كشف تحليل التكرار الجيني أنه من بين 142 زوجًا من الجينات المستقيمة، تم اشتقاق 54 زوجًا من خلال أحداث التكرار القطاعي وأربعة أزواج من خلال أحداث التكرار الترادفي. علاوة على ذلك، كانت قيم Ka/Ks لمعظم أزواج الجينات العظمية/شبه العظمية أقل من واحد اقترح ضغط اختيار التنقية أثناء التطور. كشف نمط التعبير الزماني المكاني بواسطة qRT - PCR أن معظم جينات GhIDD التي تم التحقيق فيها أظهرت مستويات أعلى من النسخ في البويضة لمدة سبعة أيام بعد الضد، واستجابة أعلى في ظل علاجات الضغوط اللاأحيائية المتعددة. كشف التحليل التطوري أن عائلة جين IDD كانت محفوظة بشكل كبير في النبات خلال المرحلة السريعة من التطور. ساهم ازدواج الجينوم الكامل والازدواج القطاعي والترادفي بشكل كبير في توسيع عائلة جين IDD في القطن المرتفع. تطورت بعض الجينات المتميزة إلى عائلة فرعية خاصة وأشارت إلى الدور المحتمل في تطور وتطور غوسيبيوم هيوتوم. أوضحت مستويات النص العالية لجينات غيد في البويضات أدوارها المحتملة في نمو البذور والألياف. علاوة على ذلك، فإن الاستجابات المنظمة لجينات GIDD تحت علاجات مختلف الضغوط اللاأحيائية اقترحت عليهم كمنظمين جينيين مهمين لتحسين مقاومة الإجهاد في تربية القطن.

Translated Description (French)

Les facteurs de transcription du DOMAINE INDÉTERMINÉ (IDD) forment l'une des familles de gènes les plus importantes et les plus conservées dans le règne végétal et jouent un rôle important dans divers processus de croissance et de développement des plantes, tels que l'induction florale en termes de contrôle de la floraison. Jusqu'à ce jour, l'analyse systématique et fonctionnelle des gènes IDD est restée en bas âge dans le coton. Dans cette étude, nous avons identifié un total de 162 gènes IDD provenant de huit espèces végétales différentes, dont 65 gènes IDD chez Gossypium hirsutum. L'analyse phylogénétique a divisé les gènes IDDS en sept groupes bien distincts. Les structures géniques et les motifs conservés des gènes GhIDD représentaient des modèles de distribution d'exon-intron et de motifs protéiques hautement conservés. L'analyse de la duplication génique a révélé que parmi 142 paires de gènes orthologues, 54 paires ont été dérivées par des événements de duplication segmentaire et quatre paires par des événements de duplication en tandem. De plus, les valeurs Ka/Ks de la plupart des paires de gènes orthologues/paralogues étaient inférieures à un suggéraient la pression de sélection purifiante au cours de l'évolution. Le modèle d'expression spatio-temporelle par qRT-PCR a révélé que la plupart des gènes GhIDD étudiés présentaient des taux de transcription plus élevés dans l'ovule sept jours après l'anthèse et une réponse régulée à la hausse sous le traitement de multiples stress abiotiques. L'analyse évolutive a révélé que la famille de gènes IDD était hautement conservée chez les plantes au cours de la phase rapide de l'évolution. La duplication du génome entier, la duplication segmentaire ainsi que la duplication en tandem ont contribué de manière significative à l'expansion de la famille des gènes IDD dans le coton des hautes terres. Certains gènes distincts ont évolué en une sous-famille spéciale et ont indiqué un rôle potentiel dans l'évolution et le développement de l'allotétraploïdie de Gossypium hisutum. Des niveaux élevés de transcription des gènes GhIDD dans les ovules ont illustré leurs rôles potentiels dans le développement des graines et des fibres. De plus, les réponses régulées à la hausse des gènes GhIDD sous les traitements de divers stress abiotiques les ont suggérés comme des régulateurs génétiques importants pour améliorer la résistance au stress dans l'élevage du coton.

Translated Description (Spanish)

Los factores de transcripción de DOMINIO INDETERMINADO (IDD) forman una de las familias de genes más grandes y conservadas en el reino vegetal y desempeñan un papel importante en diversos procesos de crecimiento y desarrollo de las plantas, como la inducción de flores en términos de control de la floración. Hasta la fecha, el análisis sistemático y funcional de los genes IDD se mantuvo en la infancia en el algodón. En este estudio, identificamos un total de 162 genes IDD de ocho especies de plantas diferentes, incluidos 65 genes IDD en Gossypium hirsutum. El análisis filogenético dividió los genes IDDs en siete grupos bien distintos. Las estructuras génicas y los motivos conservados de los genes GhIDD representaron patrones de distribución de motivos de exón-intrón y proteína altamente conservados. El análisis de duplicación génica reveló que entre 142 pares de genes ortólogos, 54 pares se han derivado por eventos de duplicación segmentaria y cuatro pares por eventos de duplicación en tándem. Además, los valores de Ka/Ks de la mayoría de los pares de genes ortólogos/parálogos fueron menores que uno sugirieron la presión de selección purificadora durante la evolución. El patrón de expresión espaciotemporal por qRT-PCR reveló que la mayoría de los genes GhIDD investigados mostraron niveles de transcripción más altos en el óvulo de siete días después de la antesis y una respuesta regulada al alza bajo los tratamientos de múltiples tensiones abióticas. El análisis evolutivo reveló que la familia de genes IDD estaba altamente conservada en la planta durante la fase rápida de la evolución. La duplicación del genoma completo, tanto segmentaria como en tándem, contribuyó significativamente a la expansión de la familia de genes IDD en el algodón de tierras altas. Algunos genes distintos evolucionaron en una subfamilia especial e indicaron un papel potencial en la evolución y el desarrollo de la alotetraploide Gossypium hisutum. Los altos niveles de transcripción de los genes GhIDD en los óvulos ilustraron sus posibles funciones en el desarrollo de semillas y fibras. Además, las respuestas reguladas al alza de los genes GhIDD bajo los tratamientos de varios estreses abióticos los sugirieron como reguladores genéticos importantes para mejorar la resistencia al estrés en el mejoramiento del algodón.

Files

s42397-019-0021-6.pdf

Files (5.8 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
md5:5e2e414b4743b4d060df1f584c7bc2fe
5.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحديد الجينوم على نطاق واسع لجينات المجال غير المحددة لجوسيبيوم وملامح تعبيرها في تطور البويضات واستجابات الإجهاد اللاأحيائي
Translated title (French)
Identification à l'échelle du génome des gènes du DOMAINE INDÉTERMINÉ de Gossypium et de leurs profils d'expression dans le développement des ovules et les réponses au stress abiotique
Translated title (Spanish)
Identificación en todo el genoma de los genes del DOMINIO INDETERMINADO de Gossypium y sus perfiles de expresión en el desarrollo de los óvulos y las respuestas al estrés abiótico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2945082413
DOI
10.1186/s42397-019-0021-6

Is supplement to
https://openalex.org/W4296050538 (Other)
https://openalex.org/W3113066946 (Other)
https://openalex.org/W2765671423 (Other)
https://openalex.org/W2490956679 (Other)
https://openalex.org/W2414722825 (Other)
https://openalex.org/W2170453929 (Other)
https://openalex.org/W2150845008 (Other)
https://openalex.org/W2007215714 (Other)
https://openalex.org/W1970221653 (Other)
https://openalex.org/W1914610732 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1482505920
  • https://openalex.org/W1825861052
  • https://openalex.org/W1968733465
  • https://openalex.org/W1970630703
  • https://openalex.org/W1988282349
  • https://openalex.org/W1997941208
  • https://openalex.org/W2004622806
  • https://openalex.org/W2013158740
  • https://openalex.org/W2026798558
  • https://openalex.org/W2030333654
  • https://openalex.org/W2043991142
  • https://openalex.org/W2044084718
  • https://openalex.org/W2046183549
  • https://openalex.org/W2055043387
  • https://openalex.org/W2059569140
  • https://openalex.org/W2060479932
  • https://openalex.org/W2065996794
  • https://openalex.org/W2066942696
  • https://openalex.org/W2085909064
  • https://openalex.org/W2088109541
  • https://openalex.org/W2093597710
  • https://openalex.org/W2095626526
  • https://openalex.org/W2100305481
  • https://openalex.org/W2101291993
  • https://openalex.org/W2103755403
  • https://openalex.org/W2104277363
  • https://openalex.org/W2108930600
  • https://openalex.org/W2110335151
  • https://openalex.org/W2119205648
  • https://openalex.org/W2126722983
  • https://openalex.org/W2133335149
  • https://openalex.org/W2141628400
  • https://openalex.org/W2143689272
  • https://openalex.org/W2143689771
  • https://openalex.org/W2144430955
  • https://openalex.org/W2145091349
  • https://openalex.org/W2156205577
  • https://openalex.org/W2157882076
  • https://openalex.org/W2158029882
  • https://openalex.org/W2158266834
  • https://openalex.org/W2158804744
  • https://openalex.org/W2160483914
  • https://openalex.org/W2162415957
  • https://openalex.org/W2170613743
  • https://openalex.org/W2170984819
  • https://openalex.org/W2174132232
  • https://openalex.org/W2257539683
  • https://openalex.org/W2311203695
  • https://openalex.org/W2339063490
  • https://openalex.org/W2581196813
  • https://openalex.org/W2595106572
  • https://openalex.org/W2729108643
  • https://openalex.org/W2766602826
  • https://openalex.org/W2791841747
  • https://openalex.org/W2793285992
  • https://openalex.org/W2799760235
  • https://openalex.org/W2810869904
  • https://openalex.org/W2872208813