Published April 1, 2018
| Version v1
Publication
Open
Transcriptional analysis and histochemistry reveal that hypersensitive cell death and H2O2 have crucial roles in the resistance of tea plant (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) to anthracnose
Creators
- 1. Tea Research Institute
- 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
Description
Anthracnose causes severe losses of tea production in China. Although genes and biological processes involved in anthracnose resistance have been reported in other plants, the molecular response to anthracnose in tea plant is unknown. We used the susceptible tea cultivar Longjing 43 and the resistant cultivar Zhongcha 108 as materials and compared transcriptome changes in the leaves of both cultivars following Colletotrichum fructicola inoculation. In all, 9015 and 8624 genes were differentially expressed between the resistant and susceptible cultivars and their controls (0 h), respectively. In both cultivars, the differentially expressed genes (DEGs) were enriched in 215 pathways, including responses to sugar metabolism, phytohormones, reactive oxygen species (ROS), biotic stimuli and signalling, transmembrane transporter activity, protease activity and signalling receptor activity, but DEG expression levels were higher in Zhongcha 108 than in Longjing 43. Moreover, functional enrichment analysis of the DEGs showed that hydrogen peroxide (H2O2) metabolism, cell death, secondary metabolism, and carbohydrate metabolism are involved in the defence of Zhongcha 108, and 88 key genes were identified. Protein-protein interaction (PPI) network demonstrated that putative mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades are activated by resistance (R) genes and mediate downstream defence responses. Histochemical analysis subsequently validated the strong hypersensitive response (HR) and H2O2 accumulation that occurred around the hyphal infection sites in Zhongcha 108. Overall, our results indicate that the HR and H2O2 are critical mechanisms in tea plant defence against anthracnose and may be activated by R genes via MAPK cascades.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتسبب أنثراكنوز في خسائر فادحة في إنتاج الشاي في الصين. على الرغم من الإبلاغ عن الجينات والعمليات البيولوجية المشاركة في مقاومة أنثراكنوز في نباتات أخرى، إلا أن الاستجابة الجزيئية لأنثراكنوز في نبات الشاي غير معروفة. استخدمنا صنف الشاي الحساس Longjing 43 والصنف المقاوم Zhongcha 108 كمواد وقارنا تغيرات النسخ في أوراق كلا الصنفين بعد تلقيح Colletotrichum fructicola. بشكل عام، تم التعبير عن 9015 و 8624 جينًا بشكل تفاضلي بين الأصناف المقاومة والمعرضة وضوابطها (0 ساعة)، على التوالي. في كلا الصنفين، تم إثراء الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي (DEGs) في 215 مسارًا، بما في ذلك الاستجابات لاستقلاب السكر والهرمونات النباتية وأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والمحفزات الحيوية والإشارات ونشاط الناقل عبر الغشاء ونشاط البروتياز ونشاط مستقبلات الإشارات، لكن مستويات التعبير عن DEG كانت أعلى في Zhongcha 108 منها في Longjing 43. علاوة على ذلك، أظهر تحليل الإثراء الوظيفي لـ DEGs أن استقلاب بيروكسيد الهيدروجين (H2O2)، وموت الخلايا، والاستقلاب الثانوي، واستقلاب الكربوهيدرات تشارك في الدفاع عن Zhongcha 108، وتم تحديد 88 جينًا رئيسيًا. أظهرت شبكة تفاعل البروتين والبروتين (PPI) أن سلاسل بروتين كيناز المنشط بالميتوجين (MAPK) يتم تنشيطها بواسطة جينات المقاومة (R) وتتوسط استجابات الدفاع النهائية. أثبت التحليل النسيجي الكيميائي لاحقًا صحة الاستجابة القوية شديدة الحساسية وتراكم H2O2 الذي حدث حول مواقع العدوى الخثارية في تشونغتشا 108. بشكل عام، تشير نتائجنا إلى أن HR و H2O2 هما آليتان حاسمتان في الدفاع عن نبات الشاي ضد أنثراكنوز ويمكن تنشيطهما بواسطة جينات R عبر سلاسل MAPK التعاقبية.Translated Description (French)
L'anthracnose provoque de graves pertes dans la production de thé en Chine. Bien que des gènes et des processus biologiques impliqués dans la résistance à l'anthracnose aient été rapportés chez d'autres plantes, la réponse moléculaire à l'anthracnose dans le théier est inconnue. Nous avons utilisé le cultivar de thé sensible Longjing 43 et le cultivar résistant Zhongcha 108 comme matériaux et comparé les changements du transcriptome dans les feuilles des deux cultivars après l'inoculation de Colletotrichum fructicola. Au total, les gènes 9015 et 8624 ont été exprimés différemment entre les cultivars résistants et sensibles et leurs témoins (0 h), respectivement. Dans les deux cultivars, les gènes différentiellement exprimés (DEG) ont été enrichis en 215 voies, y compris les réponses au métabolisme du sucre, aux phytohormones, aux espèces réactives de l'oxygène (ROS), aux stimuli biotiques et à la signalisation, à l'activité du transporteur transmembranaire, à l'activité de la protéase et à l'activité du récepteur de signalisation, mais les niveaux d'expression de DEG étaient plus élevés chez Zhongcha 108 que chez Longjing 43. De plus, l'analyse de l'enrichissement fonctionnel des DEG a montré que le métabolisme du peroxyde d'hydrogène (H2O2), la mort cellulaire, le métabolisme secondaire et le métabolisme des glucides sont impliqués dans la défense de Zhongcha 108, et 88 gènes clés ont été identifiés. Le réseau d'interaction protéine-protéine (PPI) a démontré que les cascades présumées de protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK) sont activées par les gènes de résistance (R) et médient les réponses de défense en aval. L'analyse histochimique a ensuite validé la forte réponse hypersensible (HR) et l'accumulation de H2O2 survenues autour des sites d'infection des hyphes chez Zhongcha 108. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que les HR et H2O2 sont des mécanismes critiques dans la défense des plants de thé contre l'anthracnose et peuvent être activés par les gènes R via les cascades MAPK.Translated Description (Spanish)
La antracnosis causa graves pérdidas de producción de té en China. Aunque se han informado genes y procesos biológicos implicados en la resistencia a la antracnosis en otras plantas, se desconoce la respuesta molecular a la antracnosis en la planta del té. Utilizamos el cultivar de té susceptible Longjing 43 y el cultivar resistente Zhongcha 108 como materiales y comparamos los cambios del transcriptoma en las hojas de ambos cultivares después de la inoculación de Colletotrichum fructicola. En total, 9015 y 8624 genes se expresaron diferencialmente entre los cultivares resistentes y susceptibles y sus controles (0 h), respectivamente. En ambos cultivares, los genes expresados diferencialmente (DEG) se enriquecieron en 215 vías, incluidas las respuestas al metabolismo del azúcar, las fitohormonas, las especies reactivas del oxígeno (ROS), los estímulos y la señalización bióticos, la actividad del transportador transmembrana, la actividad de la proteasa y la actividad del receptor de señalización, pero los niveles de expresión de DEG fueron más altos en Zhongcha 108 que en Longjing 43. Además, el análisis de enriquecimiento funcional de los DEG mostró que el metabolismo del peróxido de hidrógeno (H2O2), la muerte celular, el metabolismo secundario y el metabolismo de los carbohidratos están involucrados en la defensa de Zhongcha 108, y se identificaron 88 genes clave. La red de interacción proteína-proteína (PPI) demostró que las supuestas cascadas de proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) son activadas por genes de resistencia (R) y median las respuestas de defensa aguas abajo. El análisis histoquímico validó posteriormente la fuerte respuesta hipersensible (HR) y la acumulación de H2O2 que se produjo alrededor de los sitios de infección hifal en Zhongcha 108. En general, nuestros resultados indican que la HR y el H2O2 son mecanismos críticos en la defensa de la planta de té contra la antracnosis y pueden ser activados por los genes R a través de las cascadas MAPK.Files
s41438-018-0025-2.pdf.pdf
Files
(4.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:fd42b62f04c6bb41a79d93de122f65ef
|
4.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يكشف التحليل النصي والكيمياء النسيجية أن موت الخلايا مفرط الحساسية و H2O2 لهما أدوار حاسمة في مقاومة نبات الشاي (كاميليا سينينسيس (L.) O. Kuntze) لأنثراكنوز
- Translated title (French)
- L'analyse transcriptionnelle et histochimique révèle que la mort cellulaire hypersensible et H2O2 ont des rôles cruciaux dans la résistance de la plante de thé (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) à l'anthracnose
- Translated title (Spanish)
- El análisis transcripcional y la histoquímica revelan que la muerte celular hipersensible y el H2O2 tienen un papel crucial en la resistencia de la planta del té (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) a la antracnosis
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2797591423
- DOI
- 10.1038/s41438-018-0025-2
References
- https://openalex.org/W1553331443
- https://openalex.org/W1597422979
- https://openalex.org/W1607523289
- https://openalex.org/W164150188
- https://openalex.org/W1968781400
- https://openalex.org/W1970425788
- https://openalex.org/W1973200749
- https://openalex.org/W1978184169
- https://openalex.org/W1978703721
- https://openalex.org/W1982252718
- https://openalex.org/W1983218023
- https://openalex.org/W1984444442
- https://openalex.org/W1989369503
- https://openalex.org/W1999574084
- https://openalex.org/W1999778464
- https://openalex.org/W2003958027
- https://openalex.org/W2015596353
- https://openalex.org/W2016118957
- https://openalex.org/W2024653949
- https://openalex.org/W2049862239
- https://openalex.org/W2054342860
- https://openalex.org/W2059326425
- https://openalex.org/W2085371907
- https://openalex.org/W2086011667
- https://openalex.org/W2088771820
- https://openalex.org/W2094584387
- https://openalex.org/W2095175639
- https://openalex.org/W2095364950
- https://openalex.org/W2096561521
- https://openalex.org/W2098648895
- https://openalex.org/W2101101724
- https://openalex.org/W2101142880
- https://openalex.org/W2102564339
- https://openalex.org/W2114570899
- https://openalex.org/W2116207286
- https://openalex.org/W2125169984
- https://openalex.org/W2126419817
- https://openalex.org/W2129304037
- https://openalex.org/W2133465414
- https://openalex.org/W2154644927
- https://openalex.org/W2157744273
- https://openalex.org/W2159675211
- https://openalex.org/W2160768024
- https://openalex.org/W2161201226
- https://openalex.org/W2162515800
- https://openalex.org/W2162779104
- https://openalex.org/W2178910175
- https://openalex.org/W2259908258
- https://openalex.org/W2294821411
- https://openalex.org/W2295160317
- https://openalex.org/W2381782466
- https://openalex.org/W2386307978
- https://openalex.org/W2495348867
- https://openalex.org/W2512529001
- https://openalex.org/W2541947998
- https://openalex.org/W2554718614
- https://openalex.org/W2559889824
- https://openalex.org/W2590878419
- https://openalex.org/W2604885060
- https://openalex.org/W2622296711
- https://openalex.org/W2729286457