Transkriptomisk analyse af kornamarant (Amaranthus hypochondriacus) ved hjælp af 454 pyrosequencing: sammenligning med A. tuberculatus , ekspressionsprofilering i stængler og som reaktion på biotisk og abiotisk stress | BMC Genomics

Roche GS-FLX og GS-FLXTM sekventering og samling

Seks sekventeringskørsler gav ≈910 Mb samlet datastørrelse svarende til 2,913,966 rå læsninger. De rå sekvensfiler er tilgængelige fra NCBI Sequence Read Archive (SRA) på http://trace.ncbi.nlm.nih.gov/Traces/sra/sra.cgi?study=SRP006173, som filerne SRR172675 (S1), SRR172676 og SRR183482 (S2), SRR172677 (S3), SRR172678 og SRR183483 (S4), SRR172679 (S5) og SRR172680 (S6). Længdefrekvensfordelingen af de rå læsninger var samlet omkring 200-300 bp og 300-400 bp som følge af anvendelsen af to forskellige platforme til sekventering (figur 1A). I alt 2.700.168 reads (93 % af det samlede antal) gik ind i assembleringsprocessen, som gav 21.207 assemblerede sekvenser af høj kvalitet (20.408 isotigs + 799 contigs¸ svarende til 87 % af de reads, der gik ind i assembleringen, og ≈82 % af alle assemblerede sekvenser). Længden af disse sekvenser varierede fra 80 til 3 379 bp (figur 1B) og havde en gennemsnitlig sekvenslængde på 1 014 bp (isotigs) og 930 bp (contigs). I alt 178.636 læsninger (≈6% af det samlede antal) forblev som singletons (dækningsdybde = 1); af disse var der kun 5.113 rene sekvenser tilbage efter kvalitetskontrol. Isotigs blev yderligere indlemmet i 15 667 isogrupper. En statusoversigt over sekventerings-, assemblerings- og annotationsprocessen (se nedenfor) er vist i tabel 1.

Annotering af A. hypochondriacus contigs/isotigs

Alle contigs/isotigs blev søgt mod nr-, TAIR-, UniRef100-, UniRef50- og Amaranthaceae ESTs og PFAM-databaser med henblik på annotation. Ca. 82 % af alle poster gav signifikante hits (E ≤ 1 × 10-10), når de blev søgt i nr-databasen (tabel 1). De 3 901 sekvenser uden signifikante hits i forhold til nr-databasen blev undersøgt i forhold til PFAM-protein-domænedatabasen for at bestemme deres formodede funktion. Kun en lille del af disse sekvenser (≈2 %) gav signifikante hits (E værdier ≤ 1 × 10-5) i forhold til kendte proteindomæner. Disse resultater er tilgængelige i Additional file 1. Annotation af de 5 113 rene singletons mod TAIR-databasen gav ca. 1 000 signifikante hits.

Det bedste hit for hver unigene, der blev søgt mod TAIR-databasen, blev udnyttet til at tildele funktionel GO-annotation med hensyn til biologisk proces (11 224 sekvenser), molekylær funktion (11 499 sekvenser) og cellulær komponent (11 227 sekvenser) grupper. Resultaterne er opsummeret i figur 2. Som forventet bestod den største procentdel i hver GO-gruppe (12-15 %) af contigs/isotigs med en ukendt funktionel annotation. Der blev ikke observeret nogen åbenlyse forskelle i antallet af sekvenser, der blev tildelt hver kategori, herunder respons på (a)biotisk stress, mellem korn amaranth og Arabidopsis thaliana. Dette var sandsynligvis en afspejling af Arabidopsis’ kendte evne til at reagere stærkt på abiotisk og biotisk stress på transkriptionelt niveau . Dette resultat taler også imod muligheden for, at kornamarant har en anden transkriptomisk signatur, især i kategorierne stress og reaktion på stimuli, som kunne forklare dens karakteristiske (a)biotiske stresstolerance i modsætning til, hvad der er blevet observeret hos plantearter, der er tilpasset ekstreme levesteder (f.eks. den Arabidopsis-relaterede halofyt Thellungiella halophila og ekstremofile mangrover). Således viste den funktionelle GO-tildeling for biologiske processer (figur 2A), at 3 % af contigs/isotigs var grupperet under stress/stimuli-respons, 2 % i udviklingsprocesser og yderligere 4 % i andre biologiske og metaboliske processer. Disse kategorier var af særlig interesse for os, da et af de primære mål med denne transkriptomundersøgelse var at tilvejebringe oplysninger, der kunne føre til identifikation af (a)biotiske stressresponsive gener (se nedenfor). Af det antal transkripter, som fik tildelt en forsvarsrolle (1% af det samlede antal), var mere end halvdelen forbundet med bakteriel infektion (41%) og jasmonsyre (JA)-regulering (24%), herunder mange JA-biosyntetiske (f.eks. LOX13, AOS, AOC, OPR3) og JA-responsive gener (figur 3A; se også supplerende filer 2, 3 og 4).

Det overordnede perspektiv, der opnås ud fra ovenstående oplysninger, er, at kornamaranth besidder et mangfoldigt arsenal af gener til at modstå patogeninfektion og insektherbivori, hvoraf de fleste er rapporteret for første gang hos denne art. Disse omfatter gener, der potentielt er involveret i oxalat- og phytoecdysteroid-syntese (resultater ikke vist), som menes at være effektive forsvarsvåben hos amaranth og andre arter . Gennemførelsen af et relativt robust forsvarsrespons var noget uventet, i det mindste mod insektherbivori, i betragtning af at den usædvanligt høje tolerance over for defoliation, som vi har observeret hos A. hypochondriacus-planter (se nedenfor), kunne forventes at fritage denne art fra en investering i metabolisk dyre inducerbare forsvarsresponser (f.eks. proteasehæmmere og lektiner). Arten af de patogenresistente gener, der blev isoleret, var også kompleks og omfattede en hel række bakterielle og svampeelicitor-inducerede og patogenese-relaterede proteiner, ekstracellulære receptorer svarende til dem, der er involveret i elicitor-inducerede forsvarsresponser, proteaser, transkriptionsfaktorer (TF’er) og enzymer, der er involveret i generering og afgiftning af reaktive iltarter.

Endnu vigtigere fra vores perspektiv var gener, der potentielt var involveret i kompenserende fotosyntese, kulhydrat-re-lokalisering (tabel 2) og regulering/syntese af phytohormonniveauer (figur 3B), muligvis relateret til den øgede forgrening observeret i korn amaranth planter som et svar på defoliation forårsaget af insekt herbivory og / eller mekanisk skade . Mange af de identificerede gener kan bruges til at studere ikke-relaterede processer. For eksempel er analysen af fytohormon-relaterede gener i kombination med dem, der viser homologi med blomstringsgener, ved at blive gennemført for at få et indblik i de genetiske mekanismer, der er ansvarlige for de forskellige symptomer, der produceres af phytoplasma-infektion af amaranthkorn i marken, herunder fyllody .

Transkriptom sammenligning mellem A. hypochondriacus og A. tuberculatus

De offentligt tilgængelige rå transkriptomiske 454 pyro-sekventeringsdata genereret for A. tuberculatus blev samlet på ny ved hjælp af de samme beregningsmetoder som for A. hypochondriacus. I vores hænder gav sammensætningen imidlertid et forhold mellem contigs/singletons (12 216/53 803), der afveg fra det, som de tidligere arbejdere rapporterede (22 035/22 434), måske som følge af brugen af forskellige sammensætningsmaskiner . Denne uoverensstemmelse opstod på trods af, at 83 % af de samlede A. tuberculatus rå læsninger, der indgik i processen, blev sammensat. BLASTN-justering af de resulterende 12 216 A. tuberculatus-contigs med de 21 207 A. hypochondriacus isotigs/contigs gav 8 260 homologe sekvenser (E ≤ 1 × 10-10 og ≥ 90 % identitet). Antallet af contigs fra hver art, der gav signifikante hits (E ≤ 1 × 10-10) ved søgning i Uniref 100- og Amaranthaceae ESTs-databaserne, er vist i tabel 3. Ved kombineret anvendelse af ovenstående oplysninger blev det muligt at kvantificere antallet af homologe contigs, der gav samme hit, forskellige hits, ét hit for én art og intet hit for den anden og omvendt og intet hit. De opnåede resultater er vist i tabel 4. Analysen af de homologe transkripter, der er annoteret med Amaranthaceae EST-databasen, viste, at størstedelen havde en ukendt funktion/proveniens (21 %). Den højeste andel (71 %) blev fundet i EST-biblioteker genereret fra umodent frø- og blomstervæv i Chenopodium quinoa, blomsterstand, spirende væv, rødder i forskellige udviklingsstadier, hypokotyler, frøstængler og cotyledoner af roerødder og klorenchymaceller af den ikke-Kranz C4-art Bienertia sinuspersici. Stressrelaterede gener udgjorde den mindste del (8 %), som hovedsagelig var repræsenteret af EST’er genereret fra saltstress-halofytarter (Salicornia brachiata, Suaeda salsa, S. maritima, Atriplex centralasiatica og C. glaucum, foruden EST’er fra umodent væv af Salsola tragus). Alle de biotisk-stressrelaterede transkripter, der blev identificeret, kom fra cDNA-biblioteker af roerødder, der blev udsat for maddikefodring (Tetanops myopaeformis) . På den anden side havde to tredjedele af de homologe transkripter, der var annoteret med Uniref100-databasen, en ukendt funktion. Efterfølgende klassificering af transkriptioner (33%) med en tildelt funktion i kategorien biologiske processer placerede størstedelen af dem (16%) i en gruppe bestående af grundlæggende husholdningsfunktioner (f.eks. organisering af cellekomponenter og biogenese, cellecyklus, celledød, regulering af genekspression, translation, cellulær homøostase, anatomisk struktur, morfogenese og vækst, kulhydrat-, protein- og DNA-metaboliske processer, transport og fotosyntese), primær og sekundær metabolisme (7%), signaltransduktion og transkriptionsregulering (4%). Resten omfattede transkripter, der udtrykkes som reaktion på biotisk (2 %) og abiotisk stress (4 %). Størstedelen af sidstnævnte blev isoleret fra Amaranthaceae og beslægtede halofytter, der hovedsagelig er udsat for saltstress. Interessante (a)biotiske stressrelaterede gener, der er til stede i begge arter, omfatter et plastid-lipidassocieret protein, der er kendt for at blive induceret som reaktion på flere stressformer i mange plantearter, AtPOB1, et BTB/POZ-domæneprotein, der har vist sig at regulere sygdomsresponser i Arabidopsis og tobak positivt, phloem sap-proteinet AtPP2-A1, hvis overekspression i Arabidopsis kraftigt undertrykte phloemfodring af den grønne ferskenbladlus Myzus persicae, et transkript, der ligner det uspecifikke lipid-transferprotein type 2 fra Tamarix hispida, hvis ekspression viste sig at være en del af et adaptivt respons på abiotisk stress hos denne art , polyaminoxidase, et H2O2-producerende enzym, der formodes at være involveret i cellevægsdifferentieringsprocesser og forsvarsresponser, og som for nylig viste sig at være nødvendigt for sårheling i majs , methioninsulfoxidreduktase, der har vist sig at være aktiv i forsvaret mod patogener i peberplanter via regulering af cellens redoxstatus , og DEAD-box ATP-afhængig RNA-helikase 7, en type DNA-reparationsprotein, der for nylig har vist sig at give modstandsdygtighed over for flere stressfaktorer, når det udtrykkes i planter . Det var også bemærkelsesværdigt, at der blev identificeret flere gener relateret til homøostase og tolerance over for tungmetalioner, kationafgiftning, vandtransport og stressrelateret phytohormonbiosyntese (f.eks. abscisinsyre og JA) og signaltransduktion (se ekstra fil 5).

Det antal annoterede transkripter, der kun blev påvist hos én art, var forholdsvis stort (tabel 5). Et illustrativt eksempel på de forskelle, der er observeret mellem ukrudts- og kornamaranth-transkriptomer, er givet af analysen af herbicid-målgener, der blev annoteret med UniRef 100- og Amaranthaceae ESTs-databaserne. Den viste, at 29 af disse blev fundet i begge arter, mens 13 og 8 sekvenser kun blev fundet i henholdsvis A. hypochondriacus og A. tuberculatus (tabel 6).

De ret strenge parametre, der er anvendt til transkriptomsammenligningen, kan have ført til de heri observerede transkriptomforskelle, selv om anvendelsen af lavere E-værditærskler (f.eks. E ≤ 1 × 10-5) måske ikke har bidraget meget til at øge niveauet af transkripthomologi, som det fremgår af en tidligere undersøgelse af genomsekventering i Eucalyptus grandis. En anden mere plausibel mulig forklaring er imidlertid, at ovennævnte uoverensstemmelser afspejlede grundlæggende forskelle i det overordnede eksperimentelle design, der blev anvendt til at generere begge transkriptomiske data. For eksempel var mange biotiske stressrelaterede gener, der blev påvist i A. hypochondriacus, ikke til stede i A. tuberculatus (resultater ikke vist). En alternativ hypotese, der foreslår, at den observerede forskel skyldes en vigtig sekvensdivergens, der er opstået under artsdannelse/domesticering, vil kræve meget yderligere forskning for at blive valideret.

Digital ekspressionsprofilering

Stress-responsiv transkriptionsprofil i blade

Denne teknik, også kendt som tag sampling eller RNA-seq, anses for at være en effektiv metode til genekspressionsanalyse. Den digitale ekspressionsprofilanalyse, der blev udført for A. hypochondriacus, identificerede i alt 1,971 differentielt udtrykte gener som reaktion på mindst en af de fire testede stressbehandlinger (dvs. vandstress, saltstress, insektherbivori og bakterieinfektion) (Additional file 6). Der blev genereret 50 forskellige genekspressionsprofiler for at bestemme indflydelsen af en given stressbehandling på ekspressionsniveauerne for et bestemt gen. Resultaterne er vist i figur 4. Et tydeligt træk ved denne analyse var den høje procentdel af ikke-annoterede gener eller gener med ukendt funktion, som blev induceret af stress. Disse repræsenterer en potentielt rig kilde af genetisk materiale, som kunne analyseres systematisk med henblik på opdagelse af gener, der er involveret i nye mekanismer for stressresistens.

Alle stress-inducerbare gener med kendt funktion, som blev identificeret i 41 af de 50 genekspressionskategorier, blev også opgjort i tabeller (Additional file 7). Disse omfattede flere TF’er, der vides at være regulatorer af stressresponser i andre plantearter, f.eks. AREB-lignende protein , Dof-type zinkfingerdomæneholdigt protein , BTB/POZ-domæneholdigt protein , GRF-zinkfingerholdigt protein , RAP 2.4-lignende protein , JAZ1-repressor , ATEBP/ERF72/RAP2.3 (beslægtet med AP2-3) , RAV , MYB-lignende transkriptionsfaktor , TINY-lignende protein 2 , Cys2/His2-zinkfinger-transkriptionsfaktor , den lidet kendte GAGA-motivbindende transkriptionsaktivator , SCOF-1-zinkfingerproteiner, der har vist sig at blive induceret af kulde- eller saltstress i Arabidopsis og andre planter, tilsyneladende for at øge ABRE-afhængig genekspression , en formodet NAC-transkriptionsfaktor , og histone-fold/TFIID-TAF/NF-Y . Andre er blevet identificeret i flere xerofytter/halofytter som mulige faktorer, der bidrager til deres evne til at kolonisere ekstreme levesteder, f.eks. lycopen-syntase vandkanalproteiner , myo-inositol-1-fosfat-syntase , cystathionin-gamma-syntase phosphoenolpyruvatcarboxylase , Na+/H+-antiporter , proteinphosphatase-2C , Ca2+/H+-antiporter , calcineurin B-lignende protein , inositolmonofosfatase og saltinduceret hydrofilt protein .

Det var ikke overraskende, at talrige transkriptioner, der kodede for reaktive iltfaskere, blev fundet stærkt induceret, mange af dem ved flere stress, f.eks. superoxiddismutase, glutathion S-transferase Z1, germinlignende oxidase og adskillige katalaser, peroxidaser og ascorbatperoxidaser. Den kraftige og multiple stressinduktion af aspartylprotease, forskellige cysteinproteaser, en subtilisinlignende protease og et vacuolært behandlingsenzym (VPE) understøtter også, at proteinrecyclingprocesser spiller en rolle som reaktion på stress, i lighed med det, der blev fundet under kompetenceprocessen for tilpasning til saltholdigt stress hos den ekstremofile T. halophila, mens ekspressionen af expansiner, xyloglucan endotransglycosylaser, flere cellulosesyntase-underenheder, glycin-, prolin- og hydroxyprolinrige proteiner understøttes af den observerede evne til at justere cellevæggens egenskaber i mange planter under stress . Mange af disse kulhydrataktive gener blev også stærkt udtrykt i stængler (se nedenfor).

Det var især vigtigt at finde gener, der blev stærkt udtrykt ved flere stressbehandlinger, som ikke tidligere er rapporteret i amaranth eller beslægtede halofyler/ekstremofyler. Disse har indlysende potentielle bioteknologiske anvendelser og kan også bidrage til at klarlægge molekylære mekanismer, der fører til resistens over for flere stressbetingelser. Et udvalg omfatter følgende: Drm3, der er nødvendig for de novo DNA-methylering i Arabidopsis thaliana, hvor det foreslås at regulere gen-støjdæmpningsprocesser; Enhancer of SOS 3- 1, der koder for et kloroplastlokaliseret protein, der interagerer med de kritiske SOS3- og SOS2-regulatorer af saltstress-tolerance i Arabidopsis; YCF3- og HCF101-proteiner (high chlorophyll fluorescence 101), der anses for at være afgørende for samling og akkumulering af fotosystem I-komplekset (PSI) og forebyggelse af foto-oxidative skader ; translationsinitieringsfaktoren eIF1, der har vist sig at være en afgørende faktor for natriumtolerance i gær og planter, hvilket antyder, at translation er et mål for salttoksicitet, og at dens genopretning kan være en afgørende mekanisme for celleoverlevelse under NaCl-stressbetingelser ud over den foreslåede regulering af ionakkumulering og den intracellulære redoxstatus ; ATP-afhængig FtsH-protease 9, der er involveret i nedbrydningen af D1-proteinet i den foto-beskadigede (PSII), et trin, der er nødvendigt for at undgå akkumulering af for høje niveauer af reaktive oxygenarter ; ACD1-LIKE-elektronbærer, der ligner genproduktet for accelereret celledød i Arabidopsis, og som er involveret i oxygenering af pheophorbid a, der er nødvendig for at forhindre fotooxidativ ødelæggelse af cellen, og som også viste sig at være opreguleret under saltstresstilpasningsprocessen i T. halophila; prohibitin-genet PHB1, hvis familiemedlemmer har vist sig at akkumulere som reaktion på forskellige stressbetingelser i mange planter, formentlig for at beskytte mitokondriefunktion og -integritet, udløsende faktorer for retrograd mitokondrion-til-kerne-signalering og/eller mediatorer i samspillet mellem H2O2 og NO ved en endnu ikke defineret mekanisme ; Yellow Stripe Like 6-proteinet, hvis medlemmer formodes at deltage i leveringen af metalmikronæringsstoffer til og fra vaskulært væv og i metaltolerance og -hyperakkumulering ; putativt linker histon H1-variantprotein, der udtrykkes ved tørkebetinget stress i tomat og virker ved en anden mekanisme end kromatinorganisering, som foreslås at involvere en negativ regulering af stomatal konduktans ; GASA-1/LtCOR1-lignende, et gibberellinreguleret protein, der formodentlig er involveret i reguleringen af frugtmodning eller etableringen af den hvilende tilstand i træers cambiale meristemer ; beta og gamma-tubulin-kæder, hvis ekspression er sammenfaldende med den stadig vigtigere rolle, som cytoskelettet spiller i formidlingen af plantecellens respons på stress ; translation initiation factor 5A, der har vist sig at være involveret i en tilsyneladende isoform-afhængig regulering af stressresponsveje og resistens gennem en stort set ukendt mekanisme ; argonaute 4-lignende gen, det primære protein involveret i methylering af heterokromatin og for nylig anerkendt som en kritisk faktor for små RNA-medieret systemisk signalering, der er nødvendig for planters (a)biotiske stressresponser og næringsstofmangel ; en formodet arginase, der fremhæver arginins rolle som forløber for biosyntesen af polyaminer og nitrogenoxid, der anvendes som budbringere for planternes tilpasning til stress , og det poredannende toksinlignende lektinprotein Hfr-2, der er anerkendt som en vigtig biotisk resistensfaktor i hvede mod angreb fra hessianfluer og svampeinfektion (Puccinia striiformis), og som er involveret i den vegetative faseændring i majs , men som ikke har nogen kendt funktion i abiotisk stressregulering. Den funktionelle karakterisering af et udvalgt sæt af multistress-inducerbare A. hypochondriacus-gener i Arabidopsis, tobak og/eller kornamaranth er nu i gang i vores laboratorium.

Transkriptionsprofil i stængler

Sammenligning af cDNA-biblioteket fra stængler (S6) med dem, der er genereret fra blade udsat for biotisk og abiotisk stress (S2 til S5), gjorde det muligt at identificere en lille gruppe af transkripter, hvis udtryk udelukkende blev påvist i stængler. Bemærkelsesværdigt nok var akkumuleringen af flere andre transkriptyper højere i stængler end i bladvæv af amarantplanter, der var udsat for (a)biotisk stress (se yderligere fil 8). Den observerede transkriptprofil var i overensstemmelse med tidligere rapporterede data for stamme transkriptomiske analyser i Arabidopsis thaliana. Alle annoterede transkripter blev klassificeret i forskellige kategorier, på samme måde som i de ovennævnte undersøgelser.

Lignin- og cuticulevoksbiosyntese var repræsenteret af gener, der kodede for proteiner, der formodentlig er involveret i monolignolbiosyntese (f.eks. cytokrom P450 reduktaser, der er nødvendige for aktiviteten af flere centrale cytokrom P450-enzymer i phenylpropanoidvejen ), monolignoltransport (f.eks. ABC-transportører ) og eksport af cuticulær lipid (f.eks. hvid-brun-kompleks ABC-transportfamilie ). Det beskedne antal opregulerede ligninbiosyntesegener, der blev påvist, var sandsynligvis relateret til brugen af unge amaranthplanter, der endnu ikke undergår aktiv lignificering, til forsøg.

Kategorien af kulhydrataktive enzymer var stærkt repræsenteret. Dette var ikke overraskende i betragtning af, at disse proteiner spiller en grundlæggende rolle i cellevægsbiosyntese og -modifikation og derfor er stærkt reguleret under stængeludviklingen. Den omfattede en række glykosyltransferaser og adskillige glykosylhydrolaser (GH), der repræsenterer familier med cellulase (GH9), β-1,3-glucanase (GH3), xylanase (GH10), xyloglucan endotransglucosylase-hydrolase (GH16), glucan endo-1,3-beta-D-glucosidase (GH17), invertase (GH31) og β-D-galactosidase (GH35) aktivitet. Disse enzymer er på forskellig vis nødvendige for løsningen og forlængelsen af cellevæggen, dannelsen af de sekundære cellevægge i vaskulære væv, hydrolyse af xylanryggen, posttranslationelle modifikationer (som glykosylering) af proteiner og mobilisering af energi i form af saccharose. Der blev også påvist pektinmethylesteraser (PME), som er involveret i ændringen af pektiners fysiske, kemiske og biologiske egenskaber. Den samtidige ekspression af en PME-hæmmer repræsenterede sandsynligvis et behov for at regulere PME i unge amaranth-stængler for at undgå den stivhed af væggen, der er forbundet med PME-aktivitet. Desuden blev der påvist et formodet β-expansinprotein; disse proteiner modulerer interaktionen mellem hemicelluloser og cellulose formentlig via en afbrydelse af deres fælles hydrogenbindinger .

I den ekstracellulære oxido-reduktase-gruppe blev der fundet to peroxidaser, der tilhører henholdsvis peroxidase 25- og 64-familien. Peroxidaser er blevet fundet udtrykt i moderate til høje niveauer i stængler under udvikling, hvor de menes at reducere cellevæggenes strækbarhed på grund af deres rolle i dannelsen af kovalente forbindelser mellem pektinrester, hydroxyprolinrige proteiner som extensins og ligninprækursorer. Der blev identificeret et gen, der koder for en multikobersoxidase af SKS-familien (SKS5). Disse proteiners funktion i stængeludviklingen er ikke velkendt, selv om ekspressionen af SKS5 senere blev fundet at være opreguleret i metalhyper-akkumulerende økotyper af Thlaspi caerulescens. En anden oxido-reduktase, der blev identificeret i amaranth-stængler, var et 2-OG-Fe(II)-oxygenaseprotein af ukendt funktion, som for nylig blev fundet at være forbundet med forsvarsmekanismer mod svampeinfektion i Arabidopsis.

Der blev identificeret flere gener, der koder for proteiner med formodede interaktionsdomæner med polysaccharider og/eller andre proteiner. Mange af de gener, der er klassificeret inden for denne kategori, er kinaser, peptidreceptorer og receptorlignende kinaser, der regulerer udviklingsprocesser i planter som f.eks. CLAVATA1-lignende receptor , CLAVATA3/ESR-relateret receptor , Abnormal Leaf Shape 2 receptorlignende kinase , leucin-rige gentagne receptorlignende kinase RLK7 og LRR XI-23 kinase . En række hydroxiprolinrige (glyco)proteiner, der sandsynligvis repræsenterer arabinogalactanproteiner (AGP’er), strukturelle proteiner (f.eks. extensins, prolinrige proteiner, PRP’er) og en beslægtet prolyl 4-hydroxylase (katalytisk alfa-2-underenhed), der er nødvendig for hydroxylering af prolinrester , blev også udtrykt i høj grad i stænglerne. Der er blevet foreslået talrige roller for AGP’er i planteudviklingen ved hjælp af deres indflydelse på celleskæbnebestemmelse, somatisk embryogenese og celleproliferation. AGP’er er også blevet antaget at være signalmolekyler og at være forbundet med pectiske polysaccharider, mens extensins, PRP’er og andre (f.eks. glycinrige proteiner) er blevet vist at blive udtrykt i specifikke celletyper, herunder xylem- og floemvæv .

Der var også gener til stede, der kodede for en Rhomboid-lignende 2-endopeptidase og to proteiner med inhibitoraktivitet: en lipidtransferprotein/trypsin-alpha-amylaseinhibitor og en cysteinproteinaseinhibitor. Desuden blev der også påvist transkript for et F-Box-protein (SKIP2) og en 26S proteasom non-ATPase regulatorisk underenhed, som er kendt for at være involveret i den målrettede nedbrydning af proteiner, der udløses som reaktion på forskellige stimuli under vækst og/eller forskellige stressbetingelser. Det er blevet foreslået, at proteinaseaktivitet og dens modulering med proteinasehæmmere er nødvendig for behandling og/eller omsætning af cellevægsproteiner, generering af peptidsignaler, programmeret celledød og/eller afbalancering af celleudvidelses-/proliferationshastigheder, som tilsammen er nødvendige for en korrekt stammeudvikling .

I kategorien diverse proteiner blev der fundet gener, der koder for proteiner, der er involveret i lipidmetabolisme (GDSL-lipaser og en formodet glycerophosphoryl diester phosphodiesterase ), som formodes at være vigtige for stammeudvikling, et kobberbindende plantacyanin (ARPN), der formodes at regulere oxido-reduktionsprocesser i cellevægge, flere proteiner, der vides at være nødvendige for vedligeholdelse af stamceller i det apikale meristem af skud (histon H2A; ; Aurora 2 histonkinase ), metaltolerance (f.eks.f.eks. selenocystein methyltransferase ) og komponenter af cytoskelettet, som sandsynligvis er involveret i celledeling og forlængelse . Fundet af et transkript, der koder for den katalytiske LigB-underenhed af en aromatisk ring-åbningsdioxygenase-familie (dvs. en formodet dopa-dioxygenase), det fremtrædende enzym i betacyanin-biosyntesen, og af biosyntetisk beslægtede glykosyltransferaser (GT’er) (f.eks. GT fra Phytolacca Americana og en UDP-GT) var i overensstemmelse med den stærkt pigmenterede fænotype i det stammevæv, der blev anvendt til at generere det sekventerede cDNA-bibliotek. I vores laboratorium arbejdes der nu aktivt på at bestemme strukturen og reguleringen af pigmentrelaterede gener, deres vævs- og stressrelaterede ekspressionsmønstre og deres sandsynlige rolle i forsvaret mod insektherbivori i kornamarant. Der blev også påvist flere TF’er. I overensstemmelse med en tidligere rapport var de fleste af de TF’er, der blev fundet stærkt udtrykt i stængelvæv af kornamarant, af MYB-, AP2-EREBP-, GRAS-, bHLH-domæne- og homeodomænefamilierne (f.eks. WOX4 ). TF’er i stængler er på forskellig vis blevet forbundet med regulering af bio-genese og differentiering af vaskulært væv, phenylpropanoid-genekspression og fiberudvikling . Endelig blev der fundet et højt ekspressionsniveau for flere abiotisk stress- og forsvarsrelaterede gener i stængler af A. hypochondriacus. Tilstedeværelsen af højt udtrykte forsvarsrelaterede gener var i overensstemmelse med en nylig rapport, der viste, at gener involveret i planteforsvar og beskyttende funktioner var dominerende i udviklende stængler af Populus trichocarpa. I denne henseende, den samtidige tilstedeværelse af en putativ jasmonat o-methyl transferase og et CXE carboxylesterase gen, der koder for et protein, der formodentlig kan identificere methyl jasmonat (MeJA) som sit substrat (ud over methyl salicylat og indol-3-acetat) i Actinidia arguta, taler for en mulig rolle for MeJA i signalering, både inden for og mellem amaranth planter, under biotisk og / eller abiotisk stress. Andre interessante gener, der er identificeret i amaranth-stængler, og som for nylig er blevet tilskrevet en aktiv rolle i patogenforsvaret, omfatter gener, der koder for henholdsvis epoxidhydrolase 2 og VPE-1B . Epoxidhydrolasens rolle i forsvaret menes at være forbundet med dens involvering i afgiftning, signalering og/eller metabolisme af antimikrobielle forbindelser, mens VPE’s betydning menes at stamme fra dens involvering i elicitor-udløst immunitet i forbindelse med den kombinerede induktion af et overfølsomt respons (HR) og stomatlukning. Som nævnt ovenfor er VPE-ekspression også blevet forbundet med reaktioner på abiotisk stress.