Published June 16, 2022
| Version v1
Publication
Open
Combining GWAS, Genome-Wide Domestication and a Transcriptomic Analysis Reveals the Loci and Natural Alleles of Salt Tolerance in Rice (Oryza sativa L.)
Creators
- 1. China National Rice Research Institute
- 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
- 3. Agricultural Genomics Institute at Shenzhen
- 4. Khulna University
- 5. Agricultural Genetic Engineering Research Institute
Description
Soil salinity poses a serious threat to the sustainable production of rice (Oryza sativa L.) throughout the world. Thus, the detection of loci and alleles responsible for salt tolerance is fundamental to accelerating the improvement of rice and producing the resilient varieties that will ensure future harvests. In this study, we collected a set of 191 mini-core rice populations from around the world, evaluated their salt tolerance based on plant growth and development phenotypes at the seedling stage, and divided a standard evaluation score (SES) of visual salt injury into five different grades. We used ∼3.82 million single nucleotide polymorphisms (SNPs) to identify 155 significant SNPs and 275 genes associated with salt sensitivity based on a genome-wide association study (GWAS) of SES. In particular, two candidate genes, ZFP179 and OsDSR2, were associated with salt tolerance, and OsHKT1;1 was co-detected in the entire GWAS of all the panels and indica. Additionally, we investigated the transcriptional changes in cultivars 93-11 and PA64s under normal and salinity stress conditions and found 517 co-upregulated and 223 co-downregulated genes. These differentially expressed genes (DEGs) were highly enriched in "response to chemical" and "stress" based on the gene ontology enrichment analysis. Notably, 30 candidate genes that were associated with the salt tolerance analysis were obtained by integrating GWAS and transcriptomic DEG analyses, including 13 cloned genes that had no reports of tolerance to salt and 17 candidate genes whose functions were unknown. To further explore these genes and their alleles, we performed haplotype analysis, genome-wide domestication detection, and transcriptome analysis to breed improved varieties. This data and the genetic resources provided will be valuable for the development of salt tolerant rice varieties.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تشكل ملوحة التربة تهديدًا خطيرًا للإنتاج المستدام للأرز (Oryza sativa L.) في جميع أنحاء العالم. وبالتالي، فإن الكشف عن المواقع والأليلات المسؤولة عن تحمل الملح أمر أساسي لتسريع تحسين الأرز وإنتاج الأصناف المرنة التي ستضمن المحاصيل المستقبلية. في هذه الدراسة، جمعنا مجموعة من 191 مجموعة أرز صغيرة النواة من جميع أنحاء العالم، وقمنا بتقييم تحملهم للملح بناءً على الأنماط الظاهرية لنمو النبات وتطوره في مرحلة الشتلات، وقسمنا درجة تقييم قياسية (SES) لإصابة الملح البصري إلى خمس درجات مختلفة. استخدمنا 3.82 مليون نوكليوتيد أحادي متعدد الأشكال (SNPs) لتحديد 155 نوكليوتيد أحادي الشكل (SNPs) و 275 جينًا مرتبطًا بحساسية الملح بناءً على دراسة الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) لـ SES. على وجه الخصوص، ارتبط جينان مرشحان، ZFP179 و OsDSR2، بتحمل الملح، وتم اكتشاف OsHKT1 ؛1 بشكل مشترك في GWAS بأكمله لجميع اللوحات وIndica. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بالتحقيق في التغييرات النسخية في الأصناف 93-11 و PA64s في ظل ظروف الإجهاد العادية والملوحة ووجدنا 517 جينًا منظمًا و 223 جينًا منظمًا. تم إثراء هذه الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي (DEGs) بشكل كبير في "الاستجابة للمواد الكيميائية" و "الإجهاد" بناءً على تحليل إثراء الأنطولوجيا الجينية. والجدير بالذكر أنه تم الحصول على 30 جينًا مرشحًا مرتبطًا بتحليل تحمل الملح من خلال دمج تحليلات GWAS و DEG النصية، بما في ذلك 13 جينًا مستنسخًا لم يكن لديها تقارير عن تحمل الملح و 17 جينًا مرشحًا وظائفها غير معروفة. لمزيد من استكشاف هذه الجينات وأليلاتها، أجرينا تحليلًا للنمط الفرداني، واكتشاف التدجين على مستوى الجينوم، وتحليل النسخ لتربية أصناف محسنة. ستكون هذه البيانات والموارد الوراثية المقدمة ذات قيمة لتطوير أصناف الأرز التي تتحمل الملح.Translated Description (French)
La salinité du sol constitue une grave menace pour la production durable de riz (Oryza sativa L.) dans le monde entier. Ainsi, la détection des loci et allèles responsables de la tolérance au sel est fondamentale pour accélérer l'amélioration du riz et produire les variétés résilientes qui assureront les récoltes futures. Dans cette étude, nous avons collecté un ensemble de 191 populations de mini-core de riz du monde entier, évalué leur tolérance au sel en fonction des phénotypes de croissance et de développement des plantes au stade des semis, et divisé un score d'évaluation standard (ses) de la lésion visuelle au sel en cinq grades différents. Nous avons utilisé environ3,82 millions de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) pour identifier 155 SNP significatifs et 275 gènes associés à la sensibilité au sel sur la base d'une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) du ses. En particulier, deux gènes candidats, ZFP179 et OsDSR2, ont été associés à la tolérance au sel, et OsHKT1 ;1 a été co-détecté dans l'ensemble du GWAS de tous les panels et indica. De plus, nous avons étudié les changements transcriptionnels chez les cultivars 93-11 et PA64 dans des conditions de stress normal et de salinité et avons trouvé 517 gènes co-régulés et 223 gènes co-régulés. Ces gènes exprimés différentiellement (DEG) ont été fortement enrichis en « réponse aux produits chimiques » et en « stress » sur la base de l'analyse d'enrichissement de l'ontologie des gènes. Notamment, 30 gènes candidats associés à l'analyse de tolérance au sel ont été obtenus en intégrant des analyses GWAS et DEG transcriptomiques, dont 13 gènes clonés qui n'avaient aucun rapport de tolérance au sel et 17 gènes candidats dont les fonctions étaient inconnues. Pour explorer davantage ces gènes et leurs allèles, nous avons effectué une analyse des haplotypes, une détection de la domestication à l'échelle du génome et une analyse du transcriptome pour reproduire des variétés améliorées. Ces données et les ressources génétiques fournies seront précieuses pour le développement de variétés de riz tolérantes au sel.Translated Description (Spanish)
La salinidad del suelo supone una grave amenaza para la producción sostenible de arroz (Oryza sativa L.) en todo el mundo. Así, la detección de loci y alelos responsables de la tolerancia a la sal es fundamental para acelerar la mejora del arroz y producir las variedades resilientes que aseguren futuras cosechas. En este estudio, recopilamos un conjunto de 191 poblaciones de arroz en mini núcleo de todo el mundo, evaluamos su tolerancia a la sal en función de los fenotipos de crecimiento y desarrollo de las plantas en la etapa de plántulas y dividimos una puntuación de evaluación estándar (ses) de lesión visual por sal en cinco grados diferentes. Utilizamos ~3.82 millones de polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) para identificar 155 SNP significativos y 275 genes asociados con la sensibilidad a la sal en función de un estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) de ses. En particular, dos genes candidatos, ZFP179 y OsDSR2, se asociaron con tolerancia a la sal, y OsHKT1;1 se co-detectó en todo el GWAS de todos los paneles e indica. Además, investigamos los cambios transcripcionales en los cultivares 93-11 y PA64 en condiciones de estrés normal y de salinidad y encontramos 517 genes co-regulados y 223 co-regulados. Estos genes expresados diferencialmente (DEG) estaban muy enriquecidos en "respuesta a productos químicos" y "estrés" en función del análisis de enriquecimiento de la ontología génica. En particular, se obtuvieron 30 genes candidatos que se asociaron con el análisis de tolerancia a la sal mediante la integración de GWAS y análisis DEG transcriptómicos, incluidos 13 genes clonados que no tenían informes de tolerancia a la sal y 17 genes candidatos cuyas funciones se desconocían. Para explorar más a fondo estos genes y sus alelos, realizamos análisis de haplotipos, detección de domesticación de todo el genoma y análisis de transcriptoma para obtener variedades mejoradas. Estos datos y los recursos genéticos aportados serán valiosos para el desarrollo de variedades de arroz tolerantes a la sal.Files
pdf.pdf
Files
(5.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9081cb26497cadfae219a670c474c833
|
5.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الجمع بين GWAS وتدجين الجينوم على نطاق واسع وتحليل النسخ يكشف عن المواقع والأليلات الطبيعية لتحمل الملح في الأرز (Oryza sativa L.)
- Translated title (French)
- La combinaison du GWAS, de la domestication à l'échelle du génome et d'une analyse transcriptomique révèle les loci et les allèles naturels de la tolérance au sel chez le riz (Oryza sativa L.)
- Translated title (Spanish)
- La combinación de GWAS, domesticación de todo el genoma y un análisis transcriptómico revela los loci y los alelos naturales de la tolerancia a la sal en el arroz (Oryza sativa L.)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4283013742
- DOI
- 10.3389/fpls.2022.912637
References
- https://openalex.org/W1551213575
- https://openalex.org/W1908375572
- https://openalex.org/W1973774985
- https://openalex.org/W1976780048
- https://openalex.org/W1980486913
- https://openalex.org/W1980635066
- https://openalex.org/W1988225292
- https://openalex.org/W1997301069
- https://openalex.org/W1998772511
- https://openalex.org/W1999175525
- https://openalex.org/W2004341917
- https://openalex.org/W2006066143
- https://openalex.org/W2008988851
- https://openalex.org/W2016174913
- https://openalex.org/W2020401455
- https://openalex.org/W2023863037
- https://openalex.org/W2034547908
- https://openalex.org/W2044116837
- https://openalex.org/W2049839797
- https://openalex.org/W2055034225
- https://openalex.org/W2057484978
- https://openalex.org/W2065314671
- https://openalex.org/W2067460708
- https://openalex.org/W2072023710
- https://openalex.org/W2077602751
- https://openalex.org/W2082852214
- https://openalex.org/W2087803938
- https://openalex.org/W2088486634
- https://openalex.org/W2089143816
- https://openalex.org/W2094496662
- https://openalex.org/W2098135399
- https://openalex.org/W2100305481
- https://openalex.org/W2104569429
- https://openalex.org/W2110599011
- https://openalex.org/W2113169521
- https://openalex.org/W2115928499
- https://openalex.org/W2119924680
- https://openalex.org/W2122053305
- https://openalex.org/W2130290838
- https://openalex.org/W2131271579
- https://openalex.org/W2136416134
- https://openalex.org/W2138098955
- https://openalex.org/W2145040686
- https://openalex.org/W2145846829
- https://openalex.org/W2149992227
- https://openalex.org/W2150986105
- https://openalex.org/W2153225288
- https://openalex.org/W2155932116
- https://openalex.org/W2163657341
- https://openalex.org/W2163924952
- https://openalex.org/W2170551349
- https://openalex.org/W2512606363
- https://openalex.org/W2558749319
- https://openalex.org/W2599340839
- https://openalex.org/W2745450721
- https://openalex.org/W2800434159
- https://openalex.org/W2834653239
- https://openalex.org/W2895263232
- https://openalex.org/W2898076048
- https://openalex.org/W2902584902
- https://openalex.org/W2936805697
- https://openalex.org/W2971924686
- https://openalex.org/W2988596226
- https://openalex.org/W2989804064
- https://openalex.org/W2994611306
- https://openalex.org/W3010798294
- https://openalex.org/W3013359251
- https://openalex.org/W3014364508
- https://openalex.org/W3025882132
- https://openalex.org/W3036319615
- https://openalex.org/W3036702182
- https://openalex.org/W3037658978
- https://openalex.org/W3045517077
- https://openalex.org/W3048836477
- https://openalex.org/W3101945115
- https://openalex.org/W3104824223
- https://openalex.org/W3110295943
- https://openalex.org/W3116713887
- https://openalex.org/W3119250980
- https://openalex.org/W3131055609
- https://openalex.org/W3131734062
- https://openalex.org/W3162848340
- https://openalex.org/W3173904783
- https://openalex.org/W3177457582
- https://openalex.org/W3178246538
- https://openalex.org/W3188989510
- https://openalex.org/W3212427045
- https://openalex.org/W4200338219