Published July 3, 2023
| Version v1
Publication
Open
Identification of salt stress-tolerant candidate genes in the BC2F2 population at the seedling stages of G. hirsutum and G. darwinii using NGS-based bulked segregant analysis
Creators
- 1. Cotton Research Institute
- 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
- 3. Nuclear Institute for Agriculture and Biology
- 4. Peking University
- 5. Zhengzhou University
Description
Salinity is a major threat to the yield and productivity of cotton seedlings. In the present study, we developed a BC2F2 population of cotton plants from Gossypium darwinii (5-7) and Gossypium hirsutum (CCRI 12-4) salt-susceptible parents to identify salt-resistant candidate genes. The Illumina HiSeq™ strategy was used with bulked segregant analysis. Salt-resistant and salt-susceptible DNA bulks were pooled by using 30 plants from a BC2F2 population. Next-generation sequencing (NGS) technology was used for the sequencing of parents and both bulks. Four significant genomic regions were identified: the first genomic region was located on chromosome 18 (1.86 Mb), the second and third genomic regions were on chromosome 25 (1.06 Mb and 1.94 Mb, respectively), and the fourth was on chromosome 8 (1.41 Mb). The reads of bulk1 and bulk2 were aligned to the G. darwinii and G. hirsutum genomes, respectively, leading to the identification of 20,664,007 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and insertions/deletions (indels). After the screening, 6,573 polymorphic markers were obtained after filtration of the candidate regions. The SNP indices in resistant and susceptible bulks and Δ(SNP-index) values of resistant and susceptible bulks were measured. Based on the higher Δ(SNP-index) value, six effective polymorphic SNPs were selected in a different chromosome. Six effective SNPs were linked to five candidate genes in four genomic regions. Further validation of these five candidate genes was carried out using reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR), resulting in an expression profile that showed two highly upregulated genes in the salt-tolerant species G. darwinii, i.e., Gohir.D05G367800 and Gohir.D12G239100; however, the opposite was shown in G. hirsutum, for which all genes, except one, showed partial expression. The results indicated that Gohir.D05G367800 and Gohir.D12G239100 may be salt-tolerant genes. We are confident that this study could be helpful for the cloning, transformation, and development of salt-resistant cotton varieties.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تشكل الملوحة تهديدًا كبيرًا لمحصول وإنتاجية شتلات القطن. في هذه الدراسة، قمنا بتطوير مجموعة BC2F2 من نباتات القطن من Gossypium darwinii (5-7) و Gossypium hirsutum (CCRI 12-4) الآباء المعرضين للملح لتحديد الجينات المرشحة المقاومة للملح. تم استخدام استراتيجية Illumina HiSeq™ مع تحليل الفصل المجمع. تم تجميع كميات الحمض النووي المقاومة للملح والحساسة للملح باستخدام 30 نباتًا من مجموعة BC2F2. تم استخدام تقنية التسلسل من الجيل التالي (NGS) لتسلسل الوالدين وكلا المجموعتين. تم تحديد أربع مناطق جينومية مهمة: كانت المنطقة الجينومية الأولى تقع على الكروموسوم 18 (1.86 ميجابايت)، وكانت المنطقتان الجينوميتان الثانية والثالثة على الكروموسوم 25 (1.06 ميجابايت و 1.94 ميجابايت، على التوالي)، والرابعة على الكروموسوم 8 (1.41 ميجابايت). تمت محاذاة قراءات السائبة 1 والسائبة 2 مع جينوم G. darwinii و G. hirsutum، على التوالي، مما أدى إلى تحديد 20,664,007 تعدد أشكال النوكليوتيدات الأحادية (SNPs) والإدخال/الحذف (indels). بعد الفرز، تم الحصول على 6573 علامة متعددة الأشكال بعد ترشيح المناطق المرشحة. تم قياس مؤشرات SNP في الكتل المقاومة والقابلة للتأثر وقيم Δ(SNP - index) للكتل المقاومة والقابلة للتأثر. بناءً على قيمة Δ(SNP - index) الأعلى، تم اختيار ستة SNPs متعددة الأشكال فعالة في كروموسوم مختلف. تم ربط ستة من الجينات SNPs الفعالة بخمسة جينات مرشحة في أربع مناطق جينية. تم إجراء مزيد من التحقق من صحة هذه الجينات الخمسة المرشحة باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي للنسخ العكسي (RT - qPCR)، مما أدى إلى ملف تعريف التعبير الذي أظهر اثنين من الجينات عالية التنظيم في الأنواع المتسامحة مع الملح G. darwinii، أي Gohir.D05G367800 و Gohir.D12G239100 ؛ ومع ذلك، ظهر العكس في G. hirsutum، والتي أظهرت جميع الجينات، باستثناء واحد، تعبيرًا جزئيًا عنها. أشارت النتائج إلى أن Gohir.D05G367800 و Gohir.D12G239100 قد تكون جينات تتحمل الملح. نحن على ثقة من أن هذه الدراسة يمكن أن تكون مفيدة لاستنساخ وتحويل وتطوير أصناف القطن المقاومة للملح.Translated Description (French)
La salinité est une menace majeure pour le rendement et la productivité des plants de coton. Dans la présente étude, nous avons développé une population BC2F2 de plants de coton de parents sensibles au sel de Gossypium darwinii (5-7) et de Gossypium hirsutum (CCRI 12-4) pour identifier les gènes candidats résistants au sel. La stratégie Illumina HiSeq™ a été utilisée avec une analyse de ségrégation groupée. Des masses d'ADN résistantes au sel et sensibles au sel ont été regroupées en utilisant 30 plantes d'une population BC2F2. La technologie de séquençage de nouvelle génération (NGS) a été utilisée pour le séquençage des parents et des deux groupes. Quatre régions génomiques significatives ont été identifiées : la première région génomique était située sur le chromosome 18 (1,86 Mb), les deuxième et troisième régions génomiques étaient sur le chromosome 25 (1,06 Mb et 1,94 Mb, respectivement), et la quatrième était sur le chromosome 8 (1,41 Mb). Les lectures de bulk1 et bulk2 ont été alignées sur les génomes de G. darwinii et G. hirsutum, respectivement, conduisant à l'identification de 20 664 007 polymorphismes mononucléotidiques (SNP) et insertions/délétions (indels). Après le criblage, 6.573 marqueurs polymorphes ont été obtenus après filtration des régions candidates. Les indices SNP des vracs résistants et sensibles et les valeurs Δ(indice SNP) des vracs résistants et sensibles ont été mesurés. Sur la base de la valeur Δ(indice SNP) plus élevée, six SNP polymorphes efficaces ont été sélectionnés dans un chromosome différent. Six SNP efficaces ont été liés à cinq gènes candidats dans quatre régions génomiques. Une validation supplémentaire de ces cinq gènes candidats a été réalisée en utilisant la réaction en chaîne de la polymérase quantitative par transcription inverse (RT-qPCR), résultant en un profil d'expression qui a montré deux gènes hautement régulés à la hausse chez l'espèce tolérante au sel G. darwinii, à savoir Gohir.D05G367800 et Gohir.D12G239100 ; cependant, le contraire a été montré chez G. hirsutum, pour lequel tous les gènes, sauf un, ont montré une expression partielle. Les résultats ont indiqué que Gohir.D05G367800 et Gohir.D12G239100 peuvent être des gènes tolérants au sel. Nous sommes convaincus que cette étude pourrait être utile pour le clonage, la transformation et le développement de variétés de coton résistantes au sel.Translated Description (Spanish)
La salinidad es una amenaza importante para el rendimiento y la productividad de las plántulas de algodón. En el presente estudio, desarrollamos una población BC2F2 de plantas de algodón de padres sensibles a la sal de Gossypium darwinii (5-7) y Gossypium hirsutum (CCRI 12-4) para identificar genes candidatos resistentes a la sal. La estrategia Illumina HiSeq™ se utilizó con análisis de segregantes voluminosos. Los volúmenes de ADN resistentes a la sal y susceptibles a la sal se agruparon mediante el uso de 30 plantas de una población BC2F2. La tecnología de secuenciación de próxima generación (NGS) se utilizó para la secuenciación de padres y de ambos grupos. Se identificaron cuatro regiones genómicas significativas: la primera región genómica se ubicó en el cromosoma 18 (1,86 Mb), la segunda y la tercera regiones genómicas estaban en el cromosoma 25 (1,06 Mb y 1,94 Mb, respectivamente) y la cuarta estaba en el cromosoma 8 (1,41 Mb). Las lecturas de bulk1 y bulk2 se alinearon con los genomas de G. darwinii y G. hirsutum, respectivamente, lo que condujo a la identificación de 20,664,007 polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) e inserciones/deleciones (indels). Después del cribado, se obtuvieron 6.573 marcadores polimórficos después de la filtración de las regiones candidatas. Se midieron los índices SNP en graneles resistentes y susceptibles y los valores Δ(índice SNP) de graneles resistentes y susceptibles. Con base en el valor más alto de Δ(índice de SNP), se seleccionaron seis SNP polimórficos efectivos en un cromosoma diferente. Seis SNP efectivos se vincularon a cinco genes candidatos en cuatro regiones genómicas. La validación adicional de estos cinco genes candidatos se llevó a cabo utilizando la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa de transcripción inversa (RT-qPCR), lo que resultó en un perfil de expresión que mostró dos genes altamente regulados al alza en la especie tolerante a la sal G. darwinii, es decir, Gohir.D05G367800 y Gohir.D12G239100; sin embargo, se mostró lo contrario en G. hirsutum, para el cual todos los genes, excepto uno, mostraron una expresión parcial. Los resultados indicaron que Gohir.D05G367800 y Gohir.D12G239100 pueden ser genes tolerantes a la sal. Estamos seguros de que este estudio podría ser útil para la clonación, transformación y desarrollo de variedades de algodón resistentes a la sal.Files
pdf.pdf
Files
(6.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:607c4499934f1bbd5d0d48f3131cfd56
|
6.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحديد الجينات المرشحة المقاومة للإجهاد الملحي في مجموعة BC2F2 في مراحل الشتلات من G. hirsutum و G. darwinii باستخدام تحليل الفصل المجمع القائم على NGS
- Translated title (French)
- Identification de gènes candidats tolérants au stress salin dans la population BC2F2 aux stades de semis de G. hirsutum et G. darwinii à l'aide d'une analyse de ségrégation groupée basée sur NGS
- Translated title (Spanish)
- Identificación de genes candidatos tolerantes al estrés salino en la población BC2F2 en las etapas de plántulas de G. hirsutum y G. darwinii utilizando análisis de segregantes a granel basado en NGS
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4382982572
- DOI
- 10.3389/fpls.2023.1125805
References
- https://openalex.org/W1485042569
- https://openalex.org/W1567968376
- https://openalex.org/W1832554097
- https://openalex.org/W1965949446
- https://openalex.org/W1966543808
- https://openalex.org/W1971183144
- https://openalex.org/W1991404212
- https://openalex.org/W1999102617
- https://openalex.org/W2000604329
- https://openalex.org/W2003865229
- https://openalex.org/W2004261412
- https://openalex.org/W2007468482
- https://openalex.org/W2015370929
- https://openalex.org/W2020045610
- https://openalex.org/W2023163086
- https://openalex.org/W2024720211
- https://openalex.org/W2026556655
- https://openalex.org/W2032488420
- https://openalex.org/W2033611197
- https://openalex.org/W2033810712
- https://openalex.org/W2042894563
- https://openalex.org/W2050328063
- https://openalex.org/W2064712059
- https://openalex.org/W2067543537
- https://openalex.org/W2077624279
- https://openalex.org/W2080737684
- https://openalex.org/W2080746396
- https://openalex.org/W2095424461
- https://openalex.org/W2099761707
- https://openalex.org/W2100912573
- https://openalex.org/W2103441770
- https://openalex.org/W2106578986
- https://openalex.org/W2107781914
- https://openalex.org/W2108234281
- https://openalex.org/W2113280067
- https://openalex.org/W2119180969
- https://openalex.org/W2119413407
- https://openalex.org/W2120121602
- https://openalex.org/W2124339256
- https://openalex.org/W2139993758
- https://openalex.org/W2144430955
- https://openalex.org/W2146472631
- https://openalex.org/W2148875515
- https://openalex.org/W2150506261
- https://openalex.org/W2153225288
- https://openalex.org/W2167737093
- https://openalex.org/W2168090364
- https://openalex.org/W2293892808
- https://openalex.org/W2361491959
- https://openalex.org/W2412087250
- https://openalex.org/W2516195740
- https://openalex.org/W2523962387
- https://openalex.org/W2612976070
- https://openalex.org/W2782648382
- https://openalex.org/W2783556078
- https://openalex.org/W2800180267
- https://openalex.org/W2811101963
- https://openalex.org/W2944049860
- https://openalex.org/W2951309389
- https://openalex.org/W2973527869
- https://openalex.org/W3000395304
- https://openalex.org/W4239798723