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Stepwise response of MeJA-induced genes and pathways in leaves of C. roseus - 29/10/18

Doi : 10.1016/j.crvi.2018.10.001 
Ahmed Bahieldin a, , Ahmed Atef a, Sherif Edris a, b, c, Nour O. Gadalla d, e, Mohammed Al-matary a, Magdy A. Al-Kordy e, Ahmed M. Ramadan a, f, Sameera Bafeel a, Mona G. Alharbi a, Diana A.H. Al-Quwaie g, Jamal S.M. Sabir a, Hassan S. Al-Zahrani a, Mahmoud E. Nasr h, Fotouh M. El-Domyati b
a Department of Biological Sciences, Faculty of Science, King Abdulaziz University (KAU), P.O. Box 80141, 21589 Jeddah, Saudi Arabia 
b Department of Genetics, Faculty of Agriculture, Ain Shams University, Cairo, Egypt 
c Princess Al-Jawhara Al-Brahim Centre of Excellence in Research of Hereditary Disorders (PACER-HD), Faculty of Medicine, King Abdulaziz University (KAU), Jeddah, Saudi Arabia 
d Department of Arid Land Agriculture, Faculty of Meteorology, Environment and Arid Land Agriculture, King Abdulaziz University, Jeddah, Saudi Arabia 
e Genetics and Cytology Department, Genetic Engineering and Biotechnology Division, National Research Center, Dokki, Egypt 
f Agricultural Genetic Engineering Research Institute (AGERI), Agriculture Research Center (ARC), Giza, Egypt 
g Department of Biological Sciences, Rabigh College of Science and Arts, King Abdulaziz University (KAU), Rabigh, Saudi Arabia 
h Faculty of Agriculture, Menofia University, Shebeen Elkom, Egypt 

Corresponding author.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Monday 29 October 2018
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

Catharanthus roseus is a perennial herb known for the production of important terpenoid indole alkaloids (TIAs) in addition to a variety of phenolic compounds. The goal of the present work was to detect the prolonged effects of MeJA (6 uM) treatment across time (up to 24 days) in order to detect the stepwise response of MeJA-induced genes and pathways in leaves of C. rouses. Prolonged exposure of plants to MeJA (6 uM) treatment for different time points (6, 12 and 24 days) indicated that genes in the indole alkaloid biosynthesis pathway and upstream pathways were triggered earlier (e.g., 6 days) than those in the anthocyanin biosynthesis pathway and its upstream pathways (e.g., 12 days). Three enzymes, e.g., T16H, OMT, and D4H, in the six-step vindoline biosynthesis and two enzymes, e.g., TDC and STR, acting consecutively in the conversion of tryptophan to strictosidine, were activated after 6 days of MeJA treatment. Two other key enzymes, e.g., TRP and CYP72A1, acting concurrently upstream of the TIA biosynthesis pathway were upregulated after 6 days. The genes encoding TDC and STR might concurrently act as a master switch of the TIA pathway towards the production of the indole alkaloids. On the other hand, we speculate that the gene encoding PAL enzyme also acts as the master switch of phenylpropanoid biosynthesis and the downstream flavonoid biosynthesis and anthocyanin biosynthesis pathways towards the production of several phenolic compounds. PAL and the downstream enzymes were activated 12 days after treatment. Cluster analysis confirmed the concordant activities of the flower- and silique-specific bHLH25 transcription factor and the key enzyme in the TIA biosynthesis pathway, e.g., STR. Due to the stepwise response of the two sets of pathways, we speculate that enzymes activated earlier likely make TIA biosynthesis pathway a more favourable target in C. roseus than anthocyanin biosynthesis pathway.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : RNA-Seq, TIA pathway, BHLH, Vindoline


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