In Silico Identification of The Genes That Control Flowering Time in Walnut (Juglans regia)

Abstract

Walnut (Juglans regia) is an important source of fatty acids consisting of saturate and unsaturated fats. Recently, genome sequencing of walnut has been completed with size of 606 Mbp and chromosome numbers (2n) 32. Very little information has been known about flowering genes of walnut because of its perennial growth habit. With the whole genome sequencing, studies of flowering genes will led to accelerate the finding of key genes responsible for late or early flowering habit in walnut. We have found putative key genes related to control of flowering time. These genes would act as functional marker to identify early and late flowering cultivars of walnut. Ten gene families has been found in walnut genome which controlling flowering timing in the flowering pathway. The gene families are (1) Agamous–like MADS–box protein AGL3 (2) Floral homeotic protein APETALA 3, (3) Flowering time control protein I (4) Photoperiod independent protein (5) Early flowering protein (6) Flowering time control protein II (7) Protein TERMINAL FLOWER 1 (8) Vernalization (9) Polycomb group protein. These genes would be important source of selection of cultivars for breeding new cultivars of walnut.

Keywords

• Walnut
• flowering time genes
• gene families
• breeding
• cultivar
• genome

Cevizde (Juglans regia) Çiçeklenme Zamanını Kontrol Eden Genlerin Silico Yöntemiyle Tanımlanması

Öz

Ceviz (Juglans regia), doymuş ve doymamış yağlardan oluşan önemli bir yağ asidi kaynağıdır. Son zamanlarda, 606 Mbp büyüklüğünde ve 32 kromozom sayısına (2n) sahip cevizin genom dizilimi tamamlanmıştır. Cevizin çok yıllık büyüme alışkanlığı nedeniyle çiçeklenme genleri hakkında çok az bilgi bilinmektedir. Tüm genom dizilimi ile çiçeklenme genleri üzerine yapılan çalışmalar, cevizde geç veya erken çiçeklenme alışkanlığından sorumlu anahtar genlerin bulunmasını hızlandıracaktır. Çiçeklenme zamanının kontrolüyle ilgili varsayılan anahtar genler bulduk. Bu genler, cevizin erken ve geç çiçeklenen çeşitlerini tanımlamak için işlevsel belirteç görevi görecektir. Ceviz genomunda, çiçeklenme yolunda çiçeklenme zamanlamasını kontrol eden on gen ailesi bulunmuştur. Gen aileleri şunlardır: (1) Agamous benzeri MADS kutu proteini AGL3 (2) Çiçek homeotik proteini APETALA 3, (3) Çiçeklenme zamanı kontrol proteini I (4) Fotoperiyottan bağımsız protein (5) Erken çiçeklenme proteini (6) Çiçeklenme zamanı kontrol proteini II (7) TERMINAL ÇİÇEK 1 proteini (8) Vernalizasyon (9) Polycomb grubu proteini. Bu genler, yeni ceviz çeşitlerinin ıslahı için çeşitlerin seçimi açısından önemli bir kaynak olacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Ceviz
• çiçeklenme zamanı genleri
• gen aileleri
• ıslah
• çeşit
• genom

Kaynakça

1. Bäurle, I. and C. Dean, 2006. The Timing of Developmental Transitions in Plants. Cell 125(4):655–664.
2. Blázquez, M. A., Ferrándiz, C., Madueáo, F., Parcy, F., 2006. How Floral Meristems are Built. Plant Mol Biol 60(6):855–870.
3. Kobayashi, Y., Weigel, D., 2007. Move on Up, It’s Time for Change Mobile Signals Controlling Photoperiod Dependent Flowering. Genes Dev 21(19):2371–2384.
4. Maguire, L. S., O’sullivan, S. M., Galvin, K., O’Connor, T. P. and O’Brien, N. M., 2004. Fatty Acid Profile, Tocopherol, Squalene and Phytosterol Content of Walnuts, Almonds, Peanuts, Hazelnuts and the Macadamia Nut. J. Food Sci. Nutr. 55:171–178.
5. Hayes, D., Angove, M.J., Tucci, J., Dennis, C., 2016. Walnuts (Juglans regia). Chemical Composition and Research in Human Health. Crit Rev Food Sci Nutr. 2016 Jun 10; 56(8):1231–41. doi:10.1080/10408398.2012. 760516.
6. He, F., Wang, H. and Zhang, Z., 2011. Front. Agric. China 5: 366. (https://doi.org/10.1007/ s11703–011–1095–1).
7. Marchler–Bauer, A., Bo, Y., Han, L., He, J., Lanczycki, C.J., Lu, S., Chitsaz, F., Derbyshire, M.K., Geer, R.C., Gonzales, N.R., Gwadz, M., Hurwitz, D.I., Lu, F., Marchler, G.H., Song, J.S., Thanki, N., Wang, Z., Yamashita, R.A., Zhang, D., Zheng, C., Geer, L.Y., Bryant, S.H., 2017. Cdd/Sparcle: Functional Classification of Proteins via Subfamily Domain Architectures. Nucleic Acids Res. 2017 Jan 4; 45(D1):D200–D203. Doi: 10.1093/Nar/Gkw1129. Epub 2016 Nov 29. [Pubmed PMID: 27899674].
8. Martínez–García, P.J., Crepeau, M.W., Puiu, D., Gonzalez–Ibeas, D., Whalen, J., Stevens, K.A., Paul, R., Butterfield, T.S., Britton, M.T., Reagan, R.L., Chakraborty, S., Walawage, S.L., Vasquez–Gross, H.A., Cardeno, C., Famula, R.A., Pratt, K., Kuruganti, S., Aradhya, M.K., Leslie, C.A., Dandekar, A.M., Salzberg, S.L., Wegrzyn, J.L., Langley, C.H., Neale, D.B., 2016. The Walnut (Juglans regia) Genome Sequence Reveals Diversity in Genes Coding for the Biosynthesis of Non–Structural Polyphenols. Plant J. 2016 Sep; 87(5):507–32. doi:10. 1111/Tpj.13207. Epub 2016 Jul 18.

9. Ye Chunxiu and Niu Jianxin, 2012. Cloning and Analysis of a Gene Related to Flowering From Early–Breeding Walnut (Juglans regia L.) in Xinjiang. (Editor: Zhang Y.) Third Conference on Horticulture Science and Technology (Chst 2012), London Science Publishing Ltd, Office 11, 10 Great Russell Street, London, WC1B 3BQ, England.
10. Kumar S., Stecher G. and Tamura, K., 2016. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets Molecular Biology and Evolution. 33:1870–1874.
11. Hicks, K.A., Albertson, T.M., Wagner, D.R. 2001. Early Flowering3 Encodes A Novel Protein That Regulates Circadian Clock Function And Flowering In Arabidopsis. Plant Cell. 2001 Jun; 13(6):1281–92.
12. Jonathan, D. Werner, Justin, O. Borevitz, N. Henriette Uhlenhaut, Joseph R. Ecker, Joanne Chory, Detlef Weigel. 2005. Frigida–Independent Variation in Flowering Time of Natural Arabidopsis Thaliana Accessions. Genetics. 2005 Jul; 170(3):1197–1207. doi: 10.1534/Genetics.104.036533.
13. Mimida, N.I., Goto, K., Kobayashi Y., Araki T., Ahn, J.H., Weigel, D., Murata, M., Motoyoshi, F., Sakamoto, W., 2001. Functional Divergence of the TFL1–Like Gene Family in Arabidopsis Revealed by Characterization of a Novel Homologue. Genes Cells. 2001 Apr; 6(4):327–36.
14. Gendall, A.R.I., Levy, Y.Y., Wilson, A., Dean, C., 2001. The Vernalization 2 Gene Mediates The Epigenetic Regulation of Vernalization In Arabidopsis. Cell. 2001 Nov 16; 107(4):525–35.