Published December 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Enhanced biomass and thermotolerance of <i>Arabidopsis</i> by <i>SiERECTA</i> isolated from <i>Setaria italica</i> L

Creators

  • 1. Anhui Science and Technology University
  • 2. Anhui University of Science and Technology
  • 3. Institute of Crop Sciences
  • 4. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 5. Xinjiang Academy of Agricultural Sciences
  • 6. Anhui Agricultural University

Description

Foxtail millet is commonly used as a food and forage grass. ERECTA (ER) is a receptor-like kinase that can improve plant biomass and stress resistance. The sorghum SbER10_X1 gene was used as a probe to identify ER family genes on the Setaria italica genomes ( SiERs ), and determine the characteristics of the SiERs family. Herein, the structural features, expression patterns, and thermotolerance of SiERs function were identified by bioinformatics analysis, real-time PCR and transgenesis estimation. Results showed that SiERs had four members: two members were located on chromosome 1 with a total of six copies ( SiER1_X1 , SiER1_X2 , SiER1_X3 , SiER1_X4 , SiER1_X5 , and SiER1_X6 ), and two were on chromosome 4, namely, SiER4 ( SiER4_X1 and SiER4_X2 ) and SiERL1. Among them, SiER1_X4 and SiER4_X1 were expressed highest in above-ground organs of foxtail millet, and actively responded to treatments with abscisic acid, brassinolide, gibberellin, and indole acetic acid. After overexpression of SiER1_X4 and SiER4_X1 in Arabidopsis , the plant height and biomass of the transgenic Arabidopsis significantly increased. Following high-temperature treatment, transgenic seedlings survived better compared to wild type. Transgenic lines showed higher SOD and POD activities, and expression level of AtHSF1 and AtBl1 genes significantly increased. These results indicated that SiER1_X4 and SiER4_X1 played important regulatory roles in plant growth and thermotolerance. The two genes provide potential targets for conventional breeding or biotechnological intervention to improve the biomass of forage grass and thermotolerance of field crops.

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

Translated Description (Arabic)

يستخدم دخن ذيل الثعلب عادة كغذاء وعشب للأعلاف. ERECTA (ER) هو كيناز شبيه بالمستقبلات يمكنه تحسين الكتلة الحيوية النباتية ومقاومة الإجهاد. تم استخدام جين الذرة الرفيعة SbER10_X1 كمسبار لتحديد جينات عائلة ER على جينومات سيتاريا الإيطالية (SiERs)، وتحديد خصائص عائلة SiERs. هنا، تم تحديد السمات الهيكلية، وأنماط التعبير، والتسامح الحراري لوظيفة SiERs من خلال تحليل المعلوماتية الحيوية، وتقدير تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الفعلي وتقدير التحول الجيني. أظهرت النتائج أن SiERs كان لها أربعة أعضاء: عضوان موجودان على الكروموسوم 1 مع ما مجموعه ست نسخ ( SiER1_X1 و SiER1_X2 و SiER1_ X3 و SiER1_X4 و SiER1_X5 و SiER1_X6)، واثنان على الكروموسوم 4، وهما SiER4 (SiER4_X1 و SiER4_X2 ) و SiERL1. من بينها، تم التعبير عن SiER1_X4 و SiER4_X1 أعلى في الأعضاء فوق الأرض من الدخن ذيل الثعلب، واستجابت بنشاط للعلاجات مع حمض الأبسيسيك، براسينوليد، الجبريلين، وحمض الأسيتيك الإندولي. بعد التعبير المفرط عن SiER1_X4 و SiER4_X1 في أرابيدوبسيس ، زاد ارتفاع النبات والكتلة الحيوية لأرابيدوبسيس المعدلة وراثيا بشكل كبير. بعد المعالجة بدرجة حرارة عالية، نجت الشتلات المعدلة وراثيًا بشكل أفضل مقارنة بالنوع البري. أظهرت الخطوط المعدلة وراثيًا ارتفاعًا في أنشطة SOD و POD، وزاد مستوى التعبير عن جينات AtHSF1 و AtBl1 بشكل كبير. أشارت هذه النتائج إلى أن SiER1_X4 و SiER4_X1 لعبا أدوارًا تنظيمية مهمة في نمو النبات والتسامح الحراري. يوفر الجينان أهدافًا محتملة للتكاثر التقليدي أو التدخل التكنولوجي الحيوي لتحسين الكتلة الحيوية لعشب العلف والتسامح الحراري للمحاصيل الحقلية.

Translated Description (French)

Le millet queue de renard est couramment utilisé comme aliment et herbe fourragère. ERECTA (ER) est une kinase de type récepteur qui peut améliorer la biomasse végétale et la résistance au stress. Le gène SbER10_X1 du sorgho a été utilisé comme sonde pour identifier les gènes de la famille ER sur les génomes de Setaria italica (SiERs) et déterminer les caractéristiques de la famille SiERs. Ici, les caractéristiques structurelles, les modèles d'expression et la thermotolérance de la fonction SiER ont été identifiés par analyse bioinformatique, PCR en temps réel et estimation de la transgénèse. Les résultats ont montré que les SiER avaient quatre membres : deux membres étaient situés sur le chromosome 1 avec un total de six copies (SiER1_X1 , SiER1_X2, SiER1_X3 , SiER1_X4 , SiER1_X5 et SiER1_X6 ), et deux étaient sur le chromosome 4, à savoir SiER4 (SiER4_X1 et SiER4_X2 ) et SiERL1. Parmi eux, SiER1_X4 et SiER4_X1 étaient les plus exprimés dans les organes aériens du millet à queue de renard et répondaient activement aux traitements à l'acide abscissique, au brassinolide, à la gibbérelline et à l'acide indole acétique. Après surexpression de SiER1_X4 et SiER4_X1 chez Arabidopsis , la hauteur et la biomasse végétales de l'Arabidopsis transgénique ont augmenté de manière significative. Après un traitement à haute température, les semis transgéniques ont mieux survécu que le type sauvage. Les lignées transgéniques ont montré des activités SOD et POD plus élevées, et le niveau d'expression des gènes AtHSF1 et AtBl1 a augmenté de manière significative. Ces résultats ont indiqué que SiER1_X4 et SiER4_X1 jouaient des rôles régulateurs importants dans la croissance et la thermotolérance des plantes. Les deux gènes fournissent des cibles potentielles pour la sélection conventionnelle ou l'intervention biotechnologique pour améliorer la biomasse de l'herbe fourragère et la thermotolérance des grandes cultures.

Translated Description (Spanish)

El mijo cola de zorro se utiliza comúnmente como alimento y hierba forrajera. ERECTA (ER) es una quinasa similar a un receptor que puede mejorar la biomasa vegetal y la resistencia al estrés. El gen SbER10_X1 del sorgo se utilizó como sonda para identificar los genes de la familia ER en los genomas de Setaria italica (SiER) y determinar las características de la familia SiER. En la presente, las características estructurales, los patrones de expresión y la termotolerancia de la función de SiER se identificaron mediante análisis bioinformático, PCR en tiempo real y estimación de transgénesis. Los resultados mostraron que los SiER tenían cuatro miembros: dos miembros estaban ubicados en el cromosoma 1 con un total de seis copias (SiER1_X1 , SiER1_X2 , SiER1_X3 , SiER1_X4 , SiER1_X5 y SiER1_X6 ), y dos estaban en el cromosoma 4, a saber, SiER4 (SiER4_X1 y SiER4_X2 ) y SiERL1. Entre ellos, SiER1_X4 y SiER4_X1 se expresaron más alto en los órganos sobre el suelo del mijo cola de zorro y respondieron activamente a los tratamientos con ácido abscísico, brassinolida, giberelina y ácido indolacético. Después de la sobreexpresión de SiER1_X4 y SiER4_X1 en Arabidopsis , la altura de la planta y la biomasa de la Arabidopsis transgénica aumentaron significativamente. Después del tratamiento a alta temperatura, las plántulas transgénicas sobrevivieron mejor en comparación con las de tipo salvaje. Las líneas transgénicas mostraron mayores actividades de SOD y POD, y el nivel de expresión de los genes AtHSF1 y AtBl1 aumentó significativamente. Estos resultados indicaron que SiER1_X4 y SiER4_X1 desempeñaron importantes funciones reguladoras en el crecimiento de las plantas y la termotolerancia. Los dos genes proporcionan objetivos potenciales para el mejoramiento convencional o la intervención biotecnológica para mejorar la biomasa de la hierba forrajera y la termotolerancia de los cultivos de campo.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الكتلة الحيوية المعززة والتسامح الحراري <i>لأرابيدوبسيس</i> بواسطة <i>سيركتا</i> المعزولة من <i>سيتاريا إيطاليكا</i> إل
Translated title (French)
Biomasse et thermotolérance améliorées d'<i>Arabidopsis</i> par SiERECTA <i>isolé</i> à partir de <i>Setaria italica</i> L
Translated title (Spanish)
Biomasa mejorada y termotolerancia de <i>Arabidopsis</i> por <i>SiERECTA</i> aislada de <i>Setaria italica</i> L

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4311050718
DOI
10.7717/peerj.14452

Is supplement to
https://openalex.org/W4390341865 (Other)
https://openalex.org/W4376286832 (Other)
https://openalex.org/W4312547530 (Other)
https://openalex.org/W4300173352 (Other)
https://openalex.org/W4255162926 (Other)
https://openalex.org/W3000400968 (Other)
https://openalex.org/W2991763935 (Other)
https://openalex.org/W2324797639 (Other)
https://openalex.org/W2038385990 (Other)
https://openalex.org/W2021146134 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1530327289
  • https://openalex.org/W1847609050
  • https://openalex.org/W1982269627
  • https://openalex.org/W1995800711
  • https://openalex.org/W2002169416
  • https://openalex.org/W2029326694
  • https://openalex.org/W2034017700
  • https://openalex.org/W2049079227
  • https://openalex.org/W2057767679
  • https://openalex.org/W2066431516
  • https://openalex.org/W2093597710
  • https://openalex.org/W2109476095
  • https://openalex.org/W2135253655
  • https://openalex.org/W2144817330
  • https://openalex.org/W2152207030
  • https://openalex.org/W2162761045
  • https://openalex.org/W2346787426
  • https://openalex.org/W2396217477
  • https://openalex.org/W2405770122
  • https://openalex.org/W2468020455
  • https://openalex.org/W2588696102
  • https://openalex.org/W2757193265
  • https://openalex.org/W2901493834
  • https://openalex.org/W2921909900
  • https://openalex.org/W2935950309
  • https://openalex.org/W2981050301
  • https://openalex.org/W3008575534
  • https://openalex.org/W3084193574
  • https://openalex.org/W3118306893
  • https://openalex.org/W3141111188
  • https://openalex.org/W3178158667