Транскрипционная регуляция развития корня какао: полногеномный сравнительный анализ сеянцев, полученных из зиготических и соматических эмбрионов.
Transcriptional regulation of root development in cacao: a genome-wide comparative analysis between zygotic and somatic embryo-derived seedlings.
Rolande Eugenie Ango Makondy, Julien Agneessens, Wenbin Wei, Nicolas Niemenak, Keith Lindsey, Alexandre Mboene Noah
Аннотация (перевод)
ВВЕДЕНИЕ: Пробелы в знаниях о биологии корня какао значительно затрудняют возможность эффективной разработки регенерации на основе тканевой культуры, адаптированной к физиологии какао. Расшифровка регуляторных механизмов, контролирующих развитие корня какао, и выявление молекулярных нарушений, связанных с дефектами корня у сеянцев, полученных из соматических эмбрионов (SES), имеет ключевое значение для обнаружения потенциальных мишеней для оптимизации протоколов соматического эмбриогенеза, а также для создания устойчивых элитных генотипов, способных переносить изменения окружающей среды. Настоящее исследование было направлено на систематическую идентификацию транскрипционных паттернов, лежащих в основе развития корня какао у сеянцев, полученных из зиготических эмбрионов (ZES), и SES, с акцентом на формирование боковых корней. МЕТОДЫ: В исследовании изучались корни четырёх типов сеянцев какао: 4-суточные ZES, 7-суточные ZES, вариант SES без боковых корней и SES с полностью развитыми боковыми корнями. Морфологию корня оценивали с помощью тканевой микроскопии, а транскриптомы всего корня профилировали с помощью полногеномного РНК-секвенирования (RNA-seq). РЕЗУЛЬТАТЫ: Гистологический анализ выявил неправильное_patterning_ перицикла и сосудистой ткани в корнях SES без боковых корней. Полногеномное транскриптомное профилирование выявило 12 979 генов с дифференциальной экспрессией, включая пути, связанные с метаболизмом аминокислот и углеводов, сигнализацией фитогормонов, каскадами митоген-активируемых белковых киназ (MAPK), функцией моторных белков и модулями регуляции, основанными на гомологичной рекомбинации, которые обеспечивают patternning корня какао и его адаптивную пластичность. Более 900 транскрипционных факторов, включая представители семейств AP2/ERF, MYB, NAC, LOB, GNAT, SET и WRKY, также дифференциально регулировались. Наша работа выявила общие и отличительные черты роста корня и бокового ветвления у ZES и нормальных и неправильно сформированных SES на транскрипционном уровне. ОБСУЖДЕНИЕ: Совокупность наших результатов показывает, что ранний морфогенез корня какао управляется точным транскрипционным репрограммированием. Однако повышенный стресс, связанный с культурой in vitro, нарушает эту траекторию развития у SES, вызывая дефекты перицикла и сосудистой ткани, которые в конечном итоге ограничивают рост главного корня и инициацию боковых корней.
Оригинальная аннотация
INTRODUCTION: The knowledge gaps on cacao root biology deeply hamper the possibility to efficiently develop tissue culture-based regeneration adapted to cacao physiology. Dissecting the regulatory mechanisms controlling cacao root development and identifying molecular disorders associated with root defects in somatic embryo-derived seedlings (SES) is critical to elucidate potential targets for optimizing somatic embryogenesis protocols as well as to develop resilient elite genotypes that can tolerate environmental alterations. The current study aimed to systematically identify the transcriptional patterns underlying cacao root development in zygotic embryo-derived seedlings (ZES) and SES, with a focus on the emergence of lateral roots. METHODS: The study examined roots from four cacao seedling types: 4-day-old ZES, 7-day-old ZES, a lateral-rootless SES variant, and SES with fully developed lateral roots. Root morphology was assessed through tissue microscopy, and whole-root transcriptomes were profiled using genome-wide RNA sequencing (RNA-seq). RESULTS: Histological analysis revealed mispatterning of pericycle and vascular tissues in roots of lateral-rootless SES. Genome-wide transcriptomic profiling revealed 12,979 differentially expressed genes, encompassing pathways related to amino acid and carbohydrate metabolism, phytohormone signaling, mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades, motor-protein function, and homologous recombination-core regulatory modules that underpin cacao root patterning and adaptive plasticity. More than 900 transcription factors, including members of the AP2/ERF, MYB, NAC, LOB, GNAT, SET, and WRKY families, were also differentially regulated. Our work identified common and distinctive features of root growth and lateral branching in ZES and in normal and misshaped SES at the transcriptional level. DISCUSSION: Collectively, our results show that early root morphogenesis in cacao is orchestrated by precise transcriptional reprogramming. Yet, the heightened stress associated withculture perturbs this developmental trajectory in SES, inducing pericycle and vascular tissue defects that ultimately constrain primary root growth and lateral root initiation.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/9245a732-a4aa-4d5e-b4aa-2f8098eee76c
DOI: 10.3389/fpls.2026.1816111