Unravelling the metabolic and hormonal machinery during key steps of somatic embryogenesis: A case study in coffee
| العنوان: | Unravelling the metabolic and hormonal machinery during key steps of somatic embryogenesis: A case study in coffee |
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| المؤلفون: | Awada, Rayan, Campa, Claudine, Gibault, Estelle, Déchamp, Eveline, Georget, Frédéric, Lepelley, Maud, Abdallah, Cécile, Erban, Alexender, Martinez-Seidel, Frederico, Kopka, Joachim, LEGENDRE, Laurent, Léran, Sophie, Conejero, Geneviève, Verdeil, Jean-Luc, Crouzillat, Dominique, Breton, David, Bertrand, Benoit, Etienne, Hervé |
| المساهمون: | UMR - Interactions Plantes Microorganismes Environnement (UMR IPME), Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Université de Montpellier (UM)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Institut de Recherche pour le Développement (IRD [Bolivie]), Université de Montpellier (UM), Diversité, adaptation, développement des plantes (UMR DIADE), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP), Max-Planck-Gesellschaft, Laboratoire d'Ecologie Microbienne - UMR 5557 (LEM), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Plateforme d'histocytologie et d'imagerie cellulaire végétale (PHIV), Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes (BPMP), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), French National Research Agency (ANR) : ANR-10-INBS-04, ANR-10-INBS-0004,France-BioImaging,Développment d'une infrastructure française distribuée coordonnée(2010), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Université de Lyon-Université de Lyon-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Plant Science Unit, Institute for Agricultural and Fisheries Research, Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS), Université de Montpellier (UM)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Plateforme RIO Imaging (PHIV MRI), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro) |
| المصدر: | 28th Conference of Association for the Science and Information on Coffee-Books of abstracts International Journal of Molecular Sciences 19 (20), 4665. (2019) International Journal of Molecular Sciences International Journal of Molecular Sciences, Vol 20, Iss 19, p 4665 (2019) International Journal of Molecular Sciences, MDPI, 2019, 20 (19), pp.4665. ⟨10.3390/ijms20194665⟩ International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20 (19), pp.4665. ⟨10.3390/ijms20194665⟩ |
| بيانات النشر: | ASIC, 2021. |
| سنة النشر: | 2021 |
| مصطلحات موضوعية: | Plant Somatic Embryogenesis Techniques, coffee, Coffea, Article, F30 - Génétique et amélioration des plantes, lcsh:Chemistry, histology, histologie, cellule totipotente, Plant Growth Regulators, cell imaging, Expression des gènes, [SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology, totipotency, Marqueur génétique, hormone content, Microscopie, lcsh:QH301-705.5, Différenciation cellulaire, imagerie cellulaire, cell fate, Vegetal Biology, somatic embryogenesis, embryogénèse somatique, metabolomics, Plant Leaves, physiologie hormonale, lcsh:Biology (General), lcsh:QD1-999, Microscopie immunofluorescente, U30 - Méthodes de recherche, Biologie végétale |
| الوصف: | RATIONALE - Somatic embryogenesis (SE) is one of the most promising processes for large-scale dissemination of elite varieties. However, whatever the species considered, SE research still remains essentially empirical resulting in many drawbacks to fulfil market demands, especially due to an overall slow technical progress over the last 20 years. Knowledge about the molecular events involved in the key steps of the SE process is urgently needed to pilot the optimization of SE protocols. In this study, we took advantage of the latest metabolomics technologies and applied them to one of the most advanced and reliable large-scale SE processes, the one developed for coffee. METHODS - Sampling covered 15 key developmental stages. Five independent leaf introductions were carried out with more than 4,000 leaf explants and a total of 25 independent cell lines. All obtained cell lines were high-yielding and time-synchronized during embryo regeneration enabling a successful sampling. Primary metabolites, secondary metabolites and phytohormones were quantified using GC-MS, HPLC and UPLC- MS/MS respectively. A robust statistical method was used to identify metabolic pathway changes associated with the main developmental phases and phase switches. Histological analysis and cell imaging were also required to characterize developmental stages and associate metabolic profiles with cell structure organization. Lastly, comparing Arabica embryogenic and non-embryogenic calli enabled the identification of metabolic markers of the embryogenic capacity. RESULTS - Statistical analysis performed on 104 metabolites revealed that massive re-configuration of metabolic pathways induced SE. During initial dedifferentiation, a sharp decrease in phenolic compounds and caffeine levels was observed while auxins, cytokinins and ethylene levels were at their highest. Totipotency reached its highest expression during the callus stages when a shut-off in hormonal and metabolic pathways related to sugar and energetic substance hydrolysis was evidenced. Abscisic acid, leucine, maltotriose, myo-inositol, proline, tricarboxylic acid cycle metabolites and zeatin appeared as key metabolic markers of the embryogenic capacity. Combining metabolomics with multiphoton microscopy led to the identification of chlorogenic acids as markers of embryo redifferentiation. CONCLUSIONS & PERSPECTIVES - The present analysis shows that metabolite fingerprints are signatures of cell fate and represent a starting point for optimizing SE protocols in a rational way. These findings should be informative and useful to a wide range of plant species, offering unprecedented perspectives in plant micropropagation. |
| وصف الملف: | text; application/pdf; text/pdf |
| اللغة: | English |
| تدمد: | 1661-6596 1422-0067 |
| URL الوصول: | https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=pmid_dedup__::f99d0bc6a28f240edf87d0ebadc1b46b http://agritrop.cirad.fr/600733/ |
| حقوق: | OPEN |
| رقم الأكسشن: | edsair.pmid.dedup....f99d0bc6a28f240edf87d0ebadc1b46b |
| قاعدة البيانات: | OpenAIRE |
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