Genoma

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 10165 (2022) Citare questo articolo

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La famiglia di geni della proteina zinc finger C2H2 (C2H2-ZFP) svolge un ruolo importante in risposta agli stress ambientali e a molti altri processi biologici nelle piante. Il Ginseng è una preziosa erba medicinale coltivata in Asia e Nord America. Tuttavia, si sa poco sulla famiglia dei geni C2H2-ZFP e sulle sue funzioni nel ginseng. Qui, abbiamo identificato 115 geni C2H2-ZFP del ginseng, definiti come la famiglia dei geni PgZFP. Era raggruppato in cinque gruppi e presentava otto motivi conservati, ciascuno dei quali ne conteneva da uno a sei. I geni della famiglia sono classificati in 17 sottocategorie di ontologia genetica e presentano numerosi elementi regolatori che rispondono a una varietà di processi biologici, suggerendo la loro differenziazione funzionale. I 115 geni PgZFP sono stati uniti in 228 trascritti nella fase di inseminazione e variavano notevolmente nell'espressione tra tessuti, stadi di sviluppo e genotipi, ma formano una rete di coespressione, suggerendo la loro correlazione funzionale. Inoltre, quattro geni, PgZFP31, PgZFP78-01, PgZFP38 e PgZFP39-01, sono stati identificati dalla famiglia di geni che erano attivamente coinvolti nella risposta delle piante allo stress salino. Questi risultati forniscono nuove conoscenze sull’origine, la differenziazione, l’evoluzione e la funzione della famiglia di geni PgZFP e nuove risorse genetiche per la ricerca e l’applicazione del gene C2H2-ZFP nel ginseng e in altre specie vegetali.

Il ginseng, come preziosa erba medicinale, è stato ampiamente utilizzato per la salute umana, alimenti, medicine e cosmetici. È stato dimostrato che i suoi principali ingredienti bioattivi, i ginsenosidi, prevengono, inibiscono e trattano diversi tipi di cancro1,2,3. Pertanto, la ricerca sul genoma del ginseng è stata portata avanti ampiamente negli ultimi anni. Xu et al.4 hanno riportato la prima bozza del genoma del ginseng. Kim et al.5 hanno pubblicato la bozza del genoma del ginseng per un altro genotipo, da cui sono stati identificati 59.352 geni. Recentemente, Wang et al.6 hanno riportato un assemblaggio del genoma del ginseng delle dimensioni di un cromosoma per il terzo genotipo, da cui sono stati identificati 65.913 geni. Wang et al.7 hanno sequenziato il trascrittoma di una pianta di ginseng di 4 anni espressa in 14 tessuti, hanno assemblato 248.992 unigeni di trascrizione ottenuti da 130.557 modelli genetici e hanno quantificato le loro espressioni nei 14 tessuti. Queste risorse genomiche e trascrittomiche hanno fornito strumenti utili per l’identificazione e la caratterizzazione dell’intero genoma di geni importanti per la ricerca e la selezione del ginseng.

È stato dimostrato che la famiglia genetica della proteina zinc finger (ZFP) C2H2 svolge un ruolo importante nella risposta delle piante agli stress abiotici e biotici, nella crescita e nello sviluppo delle piante e nella trasduzione del segnale ormonale. Ad esempio, la sovraespressione di un gene dell’Arabidopsis C2H2-ZFP, ZAT18, ha migliorato la tolleranza alla siccità8. Il gene bsr-d1 del riso che codifica per un fattore di trascrizione C2H2 ha aumentato la resistenza alle malattie e l'immunità contro l'esplosione del riso9. Il gene SlZFP2 del pomodoro ha partecipato alla regolazione della biosintesi dell'ABA durante lo sviluppo del frutto, inibendo così lo sviluppo del frutto attraverso l'inibizione trascrizionale del regolatore della fioritura10. È stato riportato che la famiglia di geni C2H2-ZFP partecipa attivamente alla risposta delle piante allo stress salino, il che è significativo per la produzione agricola11. L'espressione di un gene C2H2-ZFP del pomodoro, SlZF3, ha migliorato la tolleranza al sale vegetale12. L'espressione di Zoysia japonica ZjZFN1 in Arabidopsis ha migliorato la germinazione dei semi, l'adattabilità delle piante allo stress salino e la percentuale di cotiledoni verdi in condizioni di stress salino13. I geni AZF e STZ nell'Arabidopsis avevano attività di repressione trascrizionale, rispondendo così allo stress salino14. È stato dimostrato che il gene OsZFP213 nel riso interagisce con OsMAPK3, migliorando così la tolleranza al sale15. Nella soia e nell'Arabidopsis, GmZAT4 ha svolto un ruolo importante nella tolleranza allo stress di PEG e NaCl e nella risposta ABA16.