Genome-wide identification and expression analysis of U-box gene family in Juglans regia L.

• DOI: 10.1007/s10722-023-01663-z
• Publication Date: 2023-08-03T06:02:06Z
• Authors: Hanif Khan; Umar Zeb; Sadaf Gul; Azizullah Aziziullah; Naushad Ali; Sajid Fiaz; Asmaa M. Abushady; Shariat Ullah; Salar Muhammad; Kotb A. Attia; Itoh Kimiko; Fengjie Cui; Ming Yue; Peng Zhao
• Keywords: MADS-box

El conocimiento de las familias de factores de transcripción (FT) es un aspecto importante en la era posgenómica. El U-box TF juega un papel fundamental en el desarrollo y crecimiento de las plantas. Aunque la familia de genes U-box se ha investigado exhaustivamente en muchas plantas, no se ha explorado sistemáticamente en la regia de Juglans. Este estudio tiene como objetivo identificar el TF U-box en el genoma de J. regia y explorar su expresión génica y su relación evolutiva. Se identificó una suma de 88 genes candidatos de JrU-box en la base de datos de Juglans y se clasificaron en 10 grupos. Estos genes de la caja JrU se distribuyeron de manera desigual en los 16 cromosomas de J. regia, con tres cromosomas duplicados como repeticiones en tándem, lo que indica una expansión similar a la de Arabidopsis thaliana. El análisis de la composición del motivo y del dominio conservado mostró que los genes de la caja JrU contienen dos motivos conservados (1 y 2) y tres dominios proteicos conservados (caja U, CAJA U ANULAR y caja U Zf-RING), respectivamente. Además, el análisis estructural mostró que la mayoría de los genes de la caja JrU tienen un exón y 12 intrones. Los perfiles de expresión génica de la caja JrU determinados indicaron su posible participación en diversos procesos fisiológicos y de desarrollo. Específicamente, 33 genes de la caja JrU se expresaron altamente en los tejidos reproductivos (flores femeninas, flores masculinas y frutos) de J. regia, mientras que otros genes identificados se expresaron altamente en los tejidos vegetativos, lo que sugiere que la familia de genes de la caja JrU desempeña un papel en el desarrollo de las flores. Por lo tanto, podemos esperar que la familia de genes JrU-box pueda desempeñar un papel importante en el desarrollo general de J. regia.<br/>The knowledge of transcription factor (TF) families is an important aspect in the post-genomic era. The U-box TF play pivotal role in plant development and growth. Although, the U-box gene family has been extensively investigated in many plants, it has not been systematically explored in Juglans regia. This study aims to identify U-box TF in J. regia genome and explore their gene expression and evolutionary relationship. A sum of 88 candidate JrU-box genes were identified in the Juglans database and classified into 10 groups. These JrU-box genes were unevenly distributed on J. regia's 16 chromosomes, with three chromosomes duplicated as tandem repeats, indicating an expansion of the similar to Arabidopsis thaliana. Motif composition and conserved domain analysis showed that the JrU-box genes contain two conserved motifs (1 and 2) and three conserved protein domains (U-box, RING U-box, and Zf-RING U-box), respectively. In addition, the structural analysis showed that most JrU-box genes have one exon and 12 introns. The determined JrU-box gene expression profiles indicated their potential involvement in various developmental and physiological processes. Specifically, 33 JrU-box genes were highly expressed in reproductive tissues (female flower, male flowers, and fruit) of J. regia, whereas, other identified genes were highly expressed in vegetative tissues, suggesting that the JrU-box gene family plays a role in flower development. Hence, we can expect that JrU-box gene family may play a major role in J. regia overall development.<br/>تعد معرفة عائلات عامل النسخ (TF) جانبًا مهمًا في عصر ما بعد الجينوم. يلعب صندوق U - box TF دورًا محوريًا في تطوير النبات ونموه. على الرغم من أن عائلة جين U - box قد تم فحصها على نطاق واسع في العديد من النباتات، إلا أنه لم يتم استكشافها بشكل منهجي في Juglans regia. تهدف هذه الدراسة إلى تحديد U - BOX TF في جينوم J. REGIA واستكشاف التعبير الجيني والعلاقة التطورية. تم تحديد ما مجموعه 88 من جينات JrU - box المرشحة في قاعدة بيانات Juglans وتصنيفها إلى 10 مجموعات. تم توزيع جينات صندوق JrU هذه بشكل غير متساوٍ على كروموسومات J. Regia الستة عشر، مع تكرار ثلاثة كروموسومات كتكرار ترادفي، مما يشير إلى توسع مشابه لـ Arabidopsis thaliana. أظهر تكوين الحافز وتحليل المجال المحفوظ أن جينات صندوق JrU تحتوي على اثنين من الزخارف المحفوظة (1 و 2) وثلاثة مجالات بروتينية محفوظة (U - box و RING U - box و Zf - RING U - box)، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، أظهر التحليل الهيكلي أن معظم جينات صندوق JrU تحتوي على إكسون واحد و 12 إنترون. أشارت ملفات تعريف التعبير الجيني لـ JrU - box المحددة إلى مشاركتها المحتملة في مختلف العمليات التنموية والفسيولوجية. على وجه التحديد، تم التعبير عن 33 جينًا من جينات JrU - box بشكل كبير في الأنسجة التناسلية (زهرة الإناث، وزهور الذكور، والفاكهة) من J. Regia، في حين تم التعبير عن جينات أخرى محددة بشكل كبير في الأنسجة النباتية، مما يشير إلى أن عائلة جينات JrU - box تلعب دورًا في نمو الزهور. وبالتالي، يمكننا أن نتوقع أن تلعب عائلة جين JrU - box دورًا رئيسيًا في التطور العام لـ J. Regia.<br/>La connaissance des familles de facteurs de transcription (FT) est un aspect important de l'ère post-génomique. Le U-box TF joue un rôle central dans le développement et la croissance des plantes. Bien que la famille du gène U-box ait été largement étudiée dans de nombreuses plantes, elle n'a pas été systématiquement explorée dans Juglans regia. Cette étude vise à identifier le TF U-box dans le génome de J. regia et à explorer leur expression génique et leur relation évolutive. Une somme de 88 gènes candidats JrU-box a été identifiée dans la base de données Juglans et classée en 10 groupes. Ces gènes de la boîte JrU étaient inégalement distribués sur les 16 chromosomes de J. regia, avec trois chromosomes dupliqués en tant que répétitions en tandem, indiquant une expansion du semblable à Arabidopsis thaliana. La composition des motifs et l'analyse des domaines conservés ont montré que les gènes JrU-box contiennent deux motifs conservés (1 et 2) et trois domaines protéiques conservés (U-box, U-box CYCLIQUE et U-box Zf-RING), respectivement. De plus, l'analyse structurelle a montré que la plupart des gènes JrU-box ont un exon et 12 introns. Les profils d'expression des gènes JrU-box déterminés indiquaient leur implication potentielle dans divers processus développementaux et physiologiques. Plus précisément, 33 gènes de la boîte JrU étaient fortement exprimés dans les tissus reproducteurs (fleur femelle, fleurs mâles et fruits) de J. regia, tandis que d'autres gènes identifiés étaient fortement exprimés dans les tissus végétatifs, suggérant que la famille de gènes de la boîte JrU joue un rôle dans le développement des fleurs. Par conséquent, nous pouvons nous attendre à ce que la famille de gènes JrU-box joue un rôle majeur dans le développement global de J. regia.<br/>