Taxonomically Restricted Genes Are Associated With Responses to Biotic and Abiotic Stresses in Sugarcane (Saccharum spp.)

Autor(es)

Cardoso-Silva, Claudio Benicio ; Aono, Alexandre Hild ; Mancini, Melina Cristina ; Sforca, Danilo Augusto ; da Silva, Carla Cristina ; Pinto, Luciana Rossini ; Adams, Keith L. ; de Souza, Anete Pereira

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: FRONTIERS IN PLANT SCIENCE; v. 13, p. 13-pg., 2022-06-30.

Resumo

Orphan genes (OGs) are protein-coding genes that are restricted to particular clades or species and lack homology with genes from other organisms, making their biological functions difficult to predict. OGs can rapidly originate and become functional; consequently, they may support rapid adaptation to environmental changes. Extensive spread of mobile elements and whole-genome duplication occurred in the Saccharum group, which may have contributed to the origin and diversification of OGs in the sugarcane genome. Here, we identified and characterized OGs in sugarcane, examined their expression profiles across tissues and genotypes, and investigated their regulation under varying conditions. We identified 319 OGs in the Saccharum spontaneum genome without detected homology to protein-coding genes in green plants, except those belonging to Saccharinae. Transcriptomic analysis revealed 288 sugarcane OGs with detectable expression levels in at least one tissue or genotype. We observed similar expression patterns of OGs in sugarcane genotypes originating from the closest geographical locations. We also observed tissue-specific expression of some OGs, possibly indicating a complex regulatory process for maintaining diverse functional activity of these genes across sugarcane tissues and genotypes. Sixty-six OGs were differentially expressed under stress conditions, especially cold and osmotic stresses. Gene co-expression network and functional enrichment analyses suggested that sugarcane OGs are involved in several biological mechanisms, including stimulus response and defence mechanisms. These findings provide a valuable genomic resource for sugarcane researchers, especially those interested in selecting stress-responsive genes. (AU)

• Processo FAPESP: 14/11482-9 - Avaliação da sintenia genômica entre sorgo (Sorghum bicolor) e cana-de-açúcar (Saccharum officinarum): comparação dos genes envolvidos em um QTL para Brix em sorgo à região sintênica em cana-de-açúcar
• Beneficiário: Melina Cristina Mancini
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/16399-5 - Balanço entre dosagem e expressão alélica para traçar o perfil da expressão gênica global em cana-de-açúcar
• Beneficiário: Cláudio Benício Cardoso da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/03232-6 - Seleção genômica ampla em cana-de-açúcar via aprendizado de máquina e redes complexas para caracteres de importância econômica
• Beneficiário: Alexandre Hild Aono
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 15/24346-9 - Análise da variação alélica em genes de importância econômica entre regiões hom(e)ólogas do genoma de cana-de-açúcar (Saccharum spp.)
• Beneficiário: Carla Cristina da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/26781-0 - Análise do transcriptoma de híbridos de cana-de-açucar (Saccharum spp.) e espécies ancestrais (S. officinarum e S. spontaneum) para estudos do padrão de expressão gênica e interação de homeólogos
• Beneficiário: Cláudio Benício Cardoso da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 08/52197-4 - Genomic-assisted breeding of sugarcane: using molecular markers for understanding the genetic architecture of quantitative traits and to implement marker assisted selection
• Beneficiário: Anete Pereira de Souza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático