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Large-scale bioinformatic analysis of the regulation of the disease resistance NBS gene family by microRNAs in Poaceae - 24/09/16

Doi : 10.1016/j.crvi.2016.05.011 
Yosra Habachi-Houimli a, Yosra Khalfallah a, Hanem Makni a, b, Mohamed Makni a, Dhia Bouktila a, c,
a Unité de recherche UR11ES10, Génomique des insectes ravageurs des cultures d’intérêt agronomique (GIRC), faculté des sciences de Tunis, université de Tunis El Manar, 2092 El Manar, Tunis, Tunisia 
b Institut supérieur de l’animation pour la jeunesse et la culture (ISAJC), université de Tunis, 2055 Bir El Bey, Tunisia 
c Institut supérieur de biotechnologie de Béja (ISBB), université de Jendouba, 9000 Béja, Tunisia 

Auteur correspondant. Unité de recherche UR11ES10 génomique des insectes ravageurs des cultures d’intérêt agronomique (GIRC), faculté des sciences de Tunis, 2092 El Manar, Tunisie.

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Abstract

In the present study, we have screened 71, 713, 525, 119 and 241 mature miRNA variants from Hordeum vulgare, Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Triticum aestivum, and Sorghum bicolor, respectively, and classified them with respect to their conservation status and expression levels. These Poaceae non-redundant miRNA species (1,669) were distributed over a total of 625 MIR families, among which only 54 were conserved across two or more plant species, confirming the relatively recent evolutionary differentiation of miRNAs in grasses. On the other hand, we have used 257 H. vulgare, 286T. aestivum, 119 B. distachyon, 269 O. sativa, and 139 S. bicolor NBS domains, which were either mined directly from the annotated proteomes, or predicted from whole genome sequence assemblies. The hybridization potential between miRNAs and their putative NBS genes targets was analyzed, revealing that at least 454 NBS genes from all five Poaceae were potentially regulated by 265 distinct miRNA species, most of them expressed in leaves and predominantly co-expressed in additional tissues. Based on gene ontology, we could assign these probable miRNA target genes to 16 functional groups, among which three conferring resistance to bacteria (Rpm1, Xa1 and Rps2), and 13 groups of resistance to fungi (Rpp8,13, Rp3, Tsn1, Lr10, Rps1-k-1, Pm3, Rpg5, and MLA1,6,10,12,13). The results of the present analysis provide a large-scale platform for a better understanding of biological control strategies of disease resistance genes in Poaceae, and will serve as an important starting point for enhancing crop disease resistance improvement by means of transgenic lines with artificial miRNAs.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Dans la présente étude, nous avons utilisé 71, 713, 525, 119 et 241 miARNs matures de Hordeum vulgare, Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Triticum aestivum et Sorghum bicolor, respectivement, afin de les classer par rapport à leurs statuts de conservation et niveaux d’expression. Ces espèces de miARN de Poaceae (1669) ont été réparties sur 625 familles MIR, parmi lesquelles seulement 54 sont conservées à travers deux ou plusieurs espèces végétales, confirmant la différenciation évolutive relativement récente des miARNs chez les céréales. Par ailleurs, nous avons utilisé 257 domaines NBS de H. vulgare, 286 de T. aestivum, 119 de B. distachyon, 269 d’O. sativa et 139 de S. bicolor, qui ont été, soit extraits directement des protéomes annotés, soit prédits à partir des séquences génomiques. Le potentiel d’hybridation entre ces miARNs et leurs cibles putatives, parmi les gènes NBS, a été analysé, révélant qu’au moins 454 gènes NBS des cinq Poaceae sont potentiellement régulés par 265 espèces distinctes de miARN, dont la plupart sont exprimées dans des feuilles et souvent dans des tissus supplémentaires. En se basant sur l’ontologie des gènes, nous avons pu affecter les gènes probables constituant des cibles potentielles aux miARNs à 16 groupes fonctionnels, parmi lesquels trois groupes de résistance aux bactéries (Rpm1, Xa1 et Rps2) et 13 groupes de résistance aux champignons (Rpp8,13, Rp3, Tsn1, Lr10, RPS1-k-1, Pm3, Rpg5 et MLA1,6,10,12,13). Les résultats de la présente analyse fournissent une large plate-forme servant à une meilleure compréhension des stratégies de lutte biologique contre les maladies des Poaceae par les gènes de résistance, et serviront de point de départ à l’amélioration de la résistance aux maladies des cultures au moyen de lignées transgéniques exprimant des miARNs artificiels.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : MicroRNAs, Nucleotide-Binding Site (NBS) genes, Biotic stresses, Disease resistance, Expression regulation

Mots clés : MicroARNs, Site de fixation nucléotidique (NBS), Stress biotiques, Résistance aux maladies, Régulation de l’expression


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Vol 339 - N° 9-10

P. 347-356 - septembre 2016 Retour au numéro
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