Genome‑wide identification of the NHX gene family in Forsythia identifies FsNHX3 and FsNHX6 as potential candidates involved in abiotic stress responses.

چکیده اصلی

The Na ⁺ /H⁺ antiporter (NHX) gene family plays a central role in maintaining cellular ion homeostasis and responding to abiotic stress in plants. However, the systematic identification and functional characterization of this gene family in woody plants of the genus Forsythia remain unexplored. To address this, genome-wide identification and systematic comparative analysis of the NHX gene family were performed in three Forsythia species, Forsythia suspensa, F. viridissima, and F. ovata, with a focus on elucidating F. suspensa NHX gene expression under various types of stress: salt, drought (PEG-simulated), and exogenous abscisic acid (ABA). In total, 18 NHX members were identified and were classified into three subclasses based on phylogenetic analysis, resulting in 12 vacuolar membrane-localized 'Vac'-class members, four plasma-membrane-localized 'PM'-class members, and two endosomal system-localized 'Endo'-class members. Those proteins within the same evolutionary clade exhibit highly conserved structural features in terms of motif arrangement and gene structure. Synteny analysis identified whole-genome or segmental duplication as the primary driving force for the expansion of this family, with all of the duplicated gene pairs having undergone strong purifying selection. Based on interspecies synteny analysis, F. suspensa and F. viridissima exhibited the highest degree of NHX gene family homology. Expression analysis revealed that the F. suspensa NHX gene family exhibits distinct and tissue-specific responses to drought, salt, and exogenous ABA stress. Among the NHX members, FsNHX3 and FsNHX6 exhibited the most pronounced and sustained transcriptional upregulation across the three stress treatments, suggesting their potential involvement in stress response. These findings provide valuable insights for the further exploration of the functions and molecular mechanisms of the NHX gene family in Forsythia under salt and drought stress, offering valuable candidate genetic resources for breeding Forsythia varieties with enhanced tolerance to salinity and dehydration.

ترجمه فارسی چکیده

ژن‌های ضد‌سوپراکسون (NHX) نقش مرکزی در حفظ تعادل یونی سلولی و پاسخ به استرس‌های غیرزیستی در گیاهان دارند. اما شناسایی سیستماتیک و توصیف عملکردی این خانواده ژن در گیاهان چوبی سرده فورسیثیا هنوز بررسی نشده است. برای حل این مشکل، شناسایی ژنومی و تحلیل مقایسه‌ای سیستماتیک خانواده ژن NHX در سه گونه فورسیثیا، شامل فورسیثیا سوسپنسا، ف. ویریدیسما و ف. اوواتا انجام شد. این مطالعه بر elucidating بیان ژن‌های NHX در فورسیثیا سوسپنسا تحت انواع استرس‌های مختلف تمرکز داشت: نمک، خشکی (شبیه‌سازی شده با PEG) و اسید آبی‌ابسسیسیک (ABA) خارجی. در مجموع ۱۸ عضو NHX شناسایی شد و بر اساس تحلیل فیلوژنتیک به سه زیرکلاس طبقه‌بندی شدند که شامل ۱۲ عضو کلاس «Vac» که در غشای واکوئول متمرکز بودند، چهار عضو کلاس «PM» که در غشای پلاسما متمرکز بودند و دو عضو کلاس «Endo» که در سیستم اندوزومال متمرکز بودند. پروتئین‌های موجود در یک شاخه تکاملی مشابه، ویژگی‌های ساختاری بسیار حفظ‌شده را از نظر چیدمان متمایز و ساختار ژن نشان می‌دهند. تحلیل هم‌نوایی (synteny) نشان داد که کپی‌برداری کل‌ژنوم یا بخشی اصلی موتور گسترش این خانواده است و تمام جفت‌های ژن کپی‌شده تحت انتخاب پاک‌کننده قوی قرار گرفته‌اند. بر اساس تحلیل هم‌نوایی بین‌گونه‌ای، فورسیثیا سوسپنسا و ف. ویریدیسما بیشترین درجه هم‌خوانی را برای خانواده ژن NHX نشان دادند. تحلیل بیان نشان داد که خانواده ژن NHX در فورسیثیا سوسپنسا پاسخ‌های متمایز و بافت‌ویژه‌ای به استرس‌های خشکی، نمک و ABA خارجی دارد. در میان اعضای NHX، FsNHX3 و FsNHX6 بیشترین و پایدارترین افزایش ترجمه‌ای را در سه درمان استرس نشان دادند که نشان‌دهنده درگیری بالقوه آن‌ها در پاسخ به استرس است. این یافته‌ها بینش ارزشمندی برای بررسی بیشتر عملکردها و مکانیسم‌های مولکولی خانواده ژن NHX در فورسیثیا تحت استرس نمک و خشکی ارائه می‌دهند و منابع ژنتیکی کاندیدای ارزشمندی برای breeding (ت breeding) ارقام فورسیثیا با تحمل بهبود یافته به نمک و کم‌آبی فراهم می‌کنند.

متن کامل اصلی