Published November 13, 2017 | Version v1
Publication Open

Comprehensive genomic analysis of the CNGC gene family in Brassica oleracea: novel insights into synteny, structures, and transcript profiles

Creators

  • 1. China National Rice Research Institute
  • 2. Zhejiang University
  • 3. Tobacco Research Institute
  • 4. China Tobacco
  • 5. Balochistan University of Information Technology, Engineering and Management Sciences
  • 6. Quaid-i-Azam University
  • 7. Institute of Crop Sciences

Description

The cyclic nucleotide-gated ion channel (CNGC) family affects the uptake of cations, growth, pathogen defence, and thermotolerance in plants. However, the systematic identification, origin and function of this gene family has not been performed in Brassica oleracea, an important vegetable crop and genomic model organism.In present study, we identified 26 CNGC genes in B. oleracea genome, which are non-randomly localized on eight chromosomes, and classified into four major (I-IV) and two sub-groups (i.e., IV-a and IV-b). The BoCNGC family is asymmetrically fractioned into the following three sub-genomes: least fractionated (14 genes), most fractionated-I (10), and most fractionated-II (2). The syntenic map of BoCNGC genes exhibited strong relationships with the model Arabidopsis thaliana and B. rapa CNGC genes and provided markers for defining the regions of conserved synteny among the three genomes. Both whole-genome triplication along with segmental and tandem duplications contributed to the expansion of this gene family. We predicted the characteristics of BoCNGCs regarding exon-intron organisations, motif compositions and post-translational modifications, which diversified their structures and functions. Using orthologous Arabidopsis CNGCs as a reference, we found that most CNGCs were associated with various protein-protein interaction networks involving CNGCs and other signalling and stress related proteins. We revealed that five microRNAs (i.e., bol-miR5021, bol-miR838d, bol-miR414b, bol-miR4234, and bol-miR_new2) have target sites in nine BoCNGC genes. The BoCNGC genes were differentially expressed in seven B. oleracea tissues including leaf, stem, callus, silique, bud, root and flower. The transcript abundance levels quantified by qRT-PCR assays revealed that BoCNGC genes from phylogenetic Groups I and IV were particularly sensitive to cold stress and infections with bacterial pathogen Xanthomonas campestris pv. campestris, suggesting their importance in abiotic and biotic stress responses.Our comprehensive genome-wide analysis represents a rich data resource for studying new plant gene families. Our data may also be useful for breeding new B. oleracea cultivars with improved productivity, quality, and stress resistance.

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

Translated Description (Arabic)

تؤثر عائلة القناة الأيونية ذات البوابة النوكليوتيدية الحلقية (CNGC) على امتصاص الكاتيونات والنمو والدفاع عن مسببات الأمراض والتسامح الحراري في النباتات. ومع ذلك، لم يتم تحديد هوية هذه العائلة الجينية وأصلها ووظيفتها بشكل منهجي في براسيكا أوليراسيا، وهي محصول نباتي مهم وكائن نموذجي جينومي. في هذه الدراسة، حددنا 26 جينًا من جين CNGC في جينوم B. oleracea، وهي غير موضعية عشوائيًا على ثمانية كروموسومات، وتصنف إلى أربع مجموعات رئيسية (I - IV) ومجموعتين فرعيتين (أي IV - a و IV - b). تنقسم عائلة BoCNGC بشكل غير متماثل إلى الجينومات الفرعية الثلاثة التالية: الأقل تجزئة (14 جينًا)، والأكثر تجزئة - I (10)، والأكثر تجزئة - II (2). أظهرت الخريطة التوليفية لجينات BoCNGC علاقات قوية مع نموذج جينات Arabidopsis thaliana و B. rapa CNGC وقدمت علامات لتحديد مناطق التوليف المحفوظة بين الجينومات الثلاثة. ساهم كل من مضاعفة الجينوم الكامل جنبًا إلى جنب مع الازدواجية القطاعية والترادفية في توسيع هذه العائلة الجينية. لقد توقعنا خصائص BoCNGCs فيما يتعلق بمنظمات exon - intron وتركيبات الزخارف وتعديلات ما بعد الترجمة، والتي تنوعت هياكلها ووظائفها. باستخدام عظام أرابيدوبسيس CNGCs كمرجع، وجدنا أن معظم CNGCs كانت مرتبطة بشبكات تفاعل البروتين والبروتين المختلفة التي تشمل CNGCs وغيرها من البروتينات ذات الصلة بالإشارات والإجهاد. كشفنا أن خمسة ميكرو رنا (أي bol - miR5021 و bol - miR838d و bol - miR414b و bol - miR4234 و bol - miR_new2) لها مواقع مستهدفة في تسعة جينات BoCNGC. تم التعبير عن جينات BoCNGC بشكل مختلف في سبعة أنسجة B. oleracea بما في ذلك الأوراق والجذع والدشبذ والسليك والبرعم والجذر والزهرة. كشفت مستويات وفرة النسخ التي حددتها فحوصات qRT - PCR أن جينات BoCNGC من المجموعتين الوراثيتين الأولى والرابعة كانت حساسة بشكل خاص للإجهاد البارد والعدوى بالعامل الممرض البكتيري Xanthomonas campestris pv. campestris، مما يشير إلى أهميتها في استجابات الإجهاد اللاأحيائي والأحيائي. يمثل تحليلنا الشامل على مستوى الجينوم موردًا غنيًا بالبيانات لدراسة عائلات الجينات النباتية الجديدة. قد تكون بياناتنا مفيدة أيضًا لتربية أصناف B. oleracea الجديدة مع تحسين الإنتاجية والجودة ومقاومة الإجهاد.

Translated Description (French)

La famille des canaux ioniques cycliques nucléotidiques (CNGC) affecte l'absorption des cations, la croissance, la défense contre les agents pathogènes et la thermotolérance chez les plantes. Cependant, l'identification systématique, l'origine et la fonction de cette famille de gènes n'ont pas été effectuées chez Brassica oleracea, un important organisme modèle de culture maraîchère et génomique. Dans la présente étude, nous avons identifié 26 gènes CNGC dans le génome de B. oleracea, qui sont localisés de manière non aléatoire sur huit chromosomes et classés en quatre sous-groupes majeurs (I-IV) et deux sous-groupes (c.-à-d. IV-a et IV-b). La famille BoCNGC est fractionnée asymétriquement en trois sous-génomes : le moins fractionné (14 gènes), le plus fractionné-I (10) et le plus fractionné-II (2). La carte synténique des gènes BoCNGC présentait de fortes relations avec les gènes CNGC modèles Arabidopsis thaliana et B. rapa et fournissait des marqueurs pour définir les régions de synténie conservées parmi les trois génomes. La triplication du génome entier ainsi que les duplications segmentaires et en tandem ont contribué à l'expansion de cette famille de gènes. Nous avons prédit les caractéristiques des BoCNGC en ce qui concerne les organisations exon-intron, les compositions de motifs et les modifications post-traductionnelles, qui ont diversifié leurs structures et leurs fonctions. En utilisant les CNGC orthologues d'Arabidopsis comme référence, nous avons constaté que la plupart des CNGC étaient associés à divers réseaux d'interaction protéine-protéine impliquant des CNGC et d'autres protéines de signalisation et liées au stress. Nous avons révélé que cinq microARN (c'est-à-dire bol-miR5021, bol-miR838d, bol-miR414b, bol-miR4234 et bol-miR_new2) ont des sites cibles dans neuf gènes BoCNGC. Les gènes BoCNGC ont été exprimés différemment dans sept tissus de B. oleracea, y compris la feuille, la tige, le cal, la silique, le bourgeon, la racine et la fleur. Les niveaux d'abondance des transcrits quantifiés par des tests qRT-PCR ont révélé que les gènes BoCNGC des groupes phylogénétiques I et IV étaient particulièrement sensibles au stress dû au froid et aux infections par l'agent pathogène bactérien Xanthomonas campestris pv. campestris, suggérant leur importance dans les réponses au stress abiotique et biotique. Notre analyse complète à l'échelle du génome représente une source de données riche pour l'étude de nouvelles familles de gènes végétaux. Nos données peuvent également être utiles pour la sélection de nouveaux cultivars de B. oleracea avec une productivité, une qualité et une résistance au stress améliorées.

Translated Description (Spanish)

La familia de canales iónicos dependientes de nucleótidos cíclicos (CNGC) afecta a la captación de cationes, el crecimiento, la defensa de patógenos y la termotolerancia en las plantas. Sin embargo, la identificación sistemática, el origen y la función de esta familia de genes no se ha realizado en Brassica oleracea, un importante cultivo vegetal y organismo modelo genómico. En el presente estudio, identificamos 26 genes CNGC en el genoma de B. oleracea, que se localizan de forma no aleatoria en ocho cromosomas y se clasifican en cuatro subgrupos principales (I-IV) y dos subgrupos (es decir, IV-a y IV-b). La familia BoCNGC se fracciona asimétricamente en los siguientes tres subgenomas: menos fraccionado (14 genes), más fraccionado-I (10) y más fraccionado-II (2). El mapa sinténico de los genes BoCNGC mostró fuertes relaciones con los genes CNGC modelo de Arabidopsis thaliana y B. rapa y proporcionó marcadores para definir las regiones de sintenia conservada entre los tres genomas. Tanto la triplicación del genoma completo como las duplicaciones segmentarias y en tándem contribuyeron a la expansión de esta familia de genes. Predijimos las características de los BoCNGC con respecto a las organizaciones exón-intrón, las composiciones de motivos y las modificaciones postraduccionales, que diversificaron sus estructuras y funciones. Usando CNGC ortólogos de Arabidopsis como referencia, encontramos que la mayoría de los CNGC estaban asociados con varias redes de interacción proteína-proteína que involucraban CNGC y otras proteínas relacionadas con la señalización y el estrés. Revelamos que cinco microARN (es decir, bol-miR5021, bol-miR838d, bol-miR414b, bol-miR4234 y bol-miR_new2) tienen sitios diana en nueve genes BoCNGC. Los genes BoCNGC se expresaron diferencialmente en siete tejidos de B. oleracea que incluyen hoja, tallo, callo, sílice, yema, raíz y flor. Los niveles de abundancia de transcritos cuantificados mediante ensayos de qRT-PCR revelaron que los genes BoCNGC de los Grupos filogenéticos I y IV eran particularmente sensibles al estrés por frío y a las infecciones con el patógeno bacteriano Xanthomonas campestris pv. campestris, lo que sugiere su importancia en las respuestas al estrés abiótico y biótico. Nuestro análisis exhaustivo de todo el genoma representa un rico recurso de datos para estudiar nuevas familias de genes de plantas. Nuestros datos también pueden ser útiles para criar nuevos cultivares de B. oleracea con mayor productividad, calidad y resistencia al estrés.

Files

s12864-017-4244-y.pdf

Files (2.5 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
md5:8e9cbe7844a1689abc445c44c39c1b77
2.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل الجيني الشامل لعائلة الجينات CNGC في براسيكا أوليراسيا: رؤى جديدة في سينسيني، والهياكل، وملامح النص
Translated title (French)
Analyse génomique complète de la famille des gènes CNGC chez Brassica oleracea : nouvelles informations sur la synténie, les structures et les profils de transcription
Translated title (Spanish)
Análisis genómico integral de la familia de genes CNGC en Brassica oleracea: nuevos conocimientos sobre sintenia, estructuras y perfiles de transcripción

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2770279823
DOI
10.1186/s12864-017-4244-y

Is supplement to
https://openalex.org/W4387642962 (Other)
https://openalex.org/W3215873181 (Other)
https://openalex.org/W3189355282 (Other)
https://openalex.org/W3184243928 (Other)
https://openalex.org/W2945082413 (Other)
https://openalex.org/W2293004811 (Other)
https://openalex.org/W2042348175 (Other)
https://openalex.org/W2012964162 (Other)
https://openalex.org/W1970221653 (Other)
https://openalex.org/W1914610732 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Yemen

References

  • https://openalex.org/W1522528171
  • https://openalex.org/W1594057841
  • https://openalex.org/W1763493835
  • https://openalex.org/W1819226931
  • https://openalex.org/W1965506205
  • https://openalex.org/W1971042999
  • https://openalex.org/W1971209449
  • https://openalex.org/W1972495225
  • https://openalex.org/W1973628414
  • https://openalex.org/W1974964336
  • https://openalex.org/W1979862555
  • https://openalex.org/W1991552254
  • https://openalex.org/W2001338440
  • https://openalex.org/W2004622806
  • https://openalex.org/W2005137303
  • https://openalex.org/W2009854617
  • https://openalex.org/W2011879824
  • https://openalex.org/W2016890757
  • https://openalex.org/W2022928179
  • https://openalex.org/W2026552989
  • https://openalex.org/W2042094229
  • https://openalex.org/W2045373134
  • https://openalex.org/W2053427298
  • https://openalex.org/W2053885770
  • https://openalex.org/W2057616220
  • https://openalex.org/W2059569140
  • https://openalex.org/W2060711549
  • https://openalex.org/W2065031087
  • https://openalex.org/W2066222872
  • https://openalex.org/W2067266210
  • https://openalex.org/W2075578689
  • https://openalex.org/W2077276598
  • https://openalex.org/W2077327925
  • https://openalex.org/W2078868133
  • https://openalex.org/W2091126790
  • https://openalex.org/W2095645518
  • https://openalex.org/W2096173332
  • https://openalex.org/W2105924489
  • https://openalex.org/W2106207712
  • https://openalex.org/W2106334513
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2110256992
  • https://openalex.org/W2113559557
  • https://openalex.org/W2116661471
  • https://openalex.org/W2116740734
  • https://openalex.org/W2118907444
  • https://openalex.org/W2119205648
  • https://openalex.org/W2122552437
  • https://openalex.org/W2125079066
  • https://openalex.org/W2128691304
  • https://openalex.org/W2128996483
  • https://openalex.org/W2135230723
  • https://openalex.org/W2137015675
  • https://openalex.org/W2141116140
  • https://openalex.org/W2144177541
  • https://openalex.org/W2146978320
  • https://openalex.org/W2147526198
  • https://openalex.org/W2148396744
  • https://openalex.org/W2148615273
  • https://openalex.org/W2152207030
  • https://openalex.org/W2153544371
  • https://openalex.org/W2157009395
  • https://openalex.org/W2159994134
  • https://openalex.org/W2166942349
  • https://openalex.org/W2168990146
  • https://openalex.org/W2170533247
  • https://openalex.org/W2179196355
  • https://openalex.org/W2179575365
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2277864649
  • https://openalex.org/W2279824931
  • https://openalex.org/W2337731667
  • https://openalex.org/W2340632824
  • https://openalex.org/W2402195444
  • https://openalex.org/W2415825232
  • https://openalex.org/W2418264571
  • https://openalex.org/W2465665393
  • https://openalex.org/W2474644059
  • https://openalex.org/W2475092365
  • https://openalex.org/W2582743722
  • https://openalex.org/W4211163106
  • https://openalex.org/W4244736178
  • https://openalex.org/W4253267427
  • https://openalex.org/W4285719527