Exploring gene networks in two sunflower lines with contrasting leaf senescence phenotype using a system biology approach

Autores
Moschen, Sebastian; Marino, Johanna; Nicosia, Salvador; Higgins, Janet; Alseekh, Saleh; Astigueta, Francisco; Bengoa Luoni, Sofia Ailin; Rivarola, Maximo Lisandro; Fernie, Alisdair R.; Blanchet, Nicolas; Langlade, Nicolas B.; Paniego, Norma Beatriz; Fernandez, Paula Del Carmen; Heinz, Ruth Amelia
Año de publicación
2019
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Background: Leaf senescence is a complex process, controlled by multiple genetic and environmental variables. In sunflower, leaf senescence is triggered abruptly following anthesis thereby limiting the capacity of plants to keep their green leaf area during grain filling, which subsequently has a strong impact on crop yield. Recently, we performed a selection of contrasting sunflower inbred lines for the progress of leaf senescence through a physiological, cytological and molecular approach. Here we present a large scale transcriptomic analysis using RNA-seq and its integration with metabolic profiles for two contrasting sunflower inbred lines, R453 and B481–6 (early and delayed senescence respectively), with the aim of identifying metabolic pathways associated to leaf senescence. Results: Gene expression profiles revealed a higher number of differentially expressed genes, as well as, higher expression levels in R453, providing evidence for early activation of the senescence program in this line. Metabolic pathways associated with sugars and nutrient recycling were differentially regulated between the lines. Additionally, we identified transcription factors acting as hubs in the co-expression networks; some previously reported as senescence-associated genes in model species but many are novel candidate genes. Conclusions: Understanding the onset and the progress of the senescence process in crops and the identification of these new candidate genes will likely prove highly useful for different management strategies to mitigate the impact of senescence on crop yield. Functional characterization of candidate genes will help to develop molecular tools for biotechnological applications in breeding crop yield.
EEA Famaillá
Fil: Moschen, Sebastian Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Famaillá; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Marino, Johanna. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina
Fil: Nicosia, Salvador. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Higgins, Janet. Norwich Research Park. Earlham Institute; Reino Unido
Fil: Alseekh, Saleh. Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie; Alemania
Fil: Astigueta, Francisco. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Bengoa Luoni, Sofia Ailin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Tecnológico Chascomús. Universidad Nacional de General San Martín. Instituto Tecnológico Chascomús; Argentina
Fil: Rivarola, Maximo Lisandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Fernie, Alisdair R. Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie; Alemania
Fil: Blanchet, Nicolas. Université de Toulouse. LIPM-INRA-CNRS; Francia
Fil: Langlade, Nicolas B. Université de Toulouse. LIPM-INRA-CNRS; Francia
Fil: Paniego, Norma Beatriz. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Fernandez, Paula Del Carmen. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Heinz, Ruth Amelia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fuente
BMC Plant Biology 19 : Article number 446 (October 2019)
Materia
Biotecnología
Helianthus Annuus
Fenotipos
Avejentamiento
Hojas
Genética
Biotechnology
Phenotypes
Senescence
Leaves
Genetics
Girasol
Sunflower
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
Repositorio
INTA Digital (INTA)
Institución
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria
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Recently, we performed a selection of contrasting sunflower inbred lines for the progress of leaf senescence through a physiological, cytological and molecular approach. Here we present a large scale transcriptomic analysis using RNA-seq and its integration with metabolic profiles for two contrasting sunflower inbred lines, R453 and B481–6 (early and delayed senescence respectively), with the aim of identifying metabolic pathways associated to leaf senescence. Results: Gene expression profiles revealed a higher number of differentially expressed genes, as well as, higher expression levels in R453, providing evidence for early activation of the senescence program in this line. Metabolic pathways associated with sugars and nutrient recycling were differentially regulated between the lines. Additionally, we identified transcription factors acting as hubs in the co-expression networks; some previously reported as senescence-associated genes in model species but many are novel candidate genes. Conclusions: Understanding the onset and the progress of the senescence process in crops and the identification of these new candidate genes will likely prove highly useful for different management strategies to mitigate the impact of senescence on crop yield. Functional characterization of candidate genes will help to develop molecular tools for biotechnological applications in breeding crop yield.EEA FamailláFil: Moschen, Sebastian Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Famaillá; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Marino, Johanna. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Nicosia, Salvador. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Higgins, Janet. Norwich Research Park. Earlham Institute; Reino UnidoFil: Alseekh, Saleh. Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie; AlemaniaFil: Astigueta, Francisco. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Bengoa Luoni, Sofia Ailin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Tecnológico Chascomús. Universidad Nacional de General San Martín. Instituto Tecnológico Chascomús; ArgentinaFil: Rivarola, Maximo Lisandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fernie, Alisdair R. Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie; AlemaniaFil: Blanchet, Nicolas. Université de Toulouse. LIPM-INRA-CNRS; FranciaFil: Langlade, Nicolas B. Université de Toulouse. LIPM-INRA-CNRS; FranciaFil: Paniego, Norma Beatriz. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Fernandez, Paula Del Carmen. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Heinz, Ruth Amelia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. 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Fil: Moschen, Sebastian Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Famaillá; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
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