Isolation of high quality RNA from soil-grown Ilex paraguariensis roots suitable for next-generation sequencing and gene expression analyses

Extraction of high quality RNA is a prerequisite for downstream application in functional genomics analyses. However, the extraction and purification of pure nucleic acids from root tissues is generally difficult due to the high concentration of carbohydrates and secondary metabolites. Furthermore, the presence of enzymatic inhibitors such as fulvic and humic acids can also negatively affect extraction quality, when extracting from clay soil-grown roots. In this work, total RNA was extracted from soil-grown roots of Ilex paraguariensis using four commercially available kits: SpectrumTM, RNeasy®, TRI Reagent®, and SV Total RNA Isolation System. Spectral measurement and electrophoresis were used to demonstrate RNA quality and quantity. The SpectrumTM and RNeasy® protocols provided the highest quantity and quality of RNA; however, the former revealed superior extraction performance. Consequently, total RNA was extracted from the roots of non-stressed and drought-stressed plants using the SpectrumTM method and six RNA-seq libraries were prepared from polyA + mRNAs by means of TruSeq mRNA library construction protocol to convert RNA to complementary DNA (cDNA). More than 80 million raw read sequences were obtained from each condition with an average read length of 150 bp. The yield and quality of the total RNA were consistently high and the RNA could be used for further analyses as demonstrated by cDNA library construction, RT-PCR, and transcriptome sequencing. Thus, SpectrumTM method can be used to isolate high quality RNA from roots of normal and drought stressed I. paraguariensis plants.Fil: Avico, Edgardo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Acevedo, Raúl Maximiliano. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Departamento de Física y Química; ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentin

Assessment of reference genes for real-time quantitative PCR normalization in Ilex paraguariensis leaves during drought

Reverse transcription of RNA followed by real-time quantitative PCR (qPCR) is to date the most reliable method for gene expression studies. However, to control the errors introduced along the numerous experimental procedures, it requires a normalization using internal reference genes with stable expression. To address this issue, nine candidate reference genes were investigated in Ilex paraguariensis leaves subjected to water stress. To facilitate the selection, we analysed the real-time qPCR data with three different software programs. The obtained results support the conclusion that RNA polymerase associated protein rtf1 homolog (RTF) combined with any of the following pairs is the most suitable triad of genes to compute a normalization factor: elongation factor 1-alpha + tubulin alpha chain (EF1a + α-Tub), actin + cyclophilin 38 (ACT + CYP38), or cyclophilin 38 + vacuolar protein sorting-associated protein 18 homologs (CYP38 + VPS). Our analysis constitutes the first in-depth study to identify the appropriate reference genes for the quantification of transcription in Ilex paraguariensis leaves during drought and provides essential information for further gene expression studies in this tree species.Fil: Acevedo, Raúl Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Avico, Edgardo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentin

Integrating Transcriptional, Metabolic, and Physiological Responses to Drought Stress in Ilex paraguariensis Roots

The appearance of water stress episodes triggers leaf abscission and decreases Ilex paraguariensis yield. To explore the mechanisms that allow it to overcome dehydration, we investigated how the root gene expression varied between water-stressed and non-stressed plants and how the modulation of gene expression was linked to metabolite composition and physiological status. After water deprivation, 5160 differentially expressed transcripts were obtained through RNA-seq. The functional enrichment of induced transcripts revealed significant transcriptional remodelling of stress-related perception, signalling, transcription, and metabolism. Simultaneously, the induction of the enzyme 9-cis-expoxycarotenoid dioxygenase (NCED) transcripts reflected the central role of the hormone abscisic acid in this response. Consequently, the total content of amino acids and soluble sugars increased, and that of starch decreased. Likewise, osmotic adjustment and radical growth were significantly promoted to preserve cell membranes and water uptake. This study provides a valuable resource for future research to understand the molecular adaptation of I. paraguariensis plants under drought conditions and facilitates the exploration of drought-tolerant candidate genes.Fil: Avico, Edgardo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Acevedo, Raúl Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Duarte, María José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Rodrigues Salvador, Acacio. Universidade Federal de Viçosa; BrasilFil: Nunes Nesi, Adriano. Universidade Federal de Viçosa; BrasilFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentin

Efecto de la testa sobre la germinación de semillas de Handroanthus heptaphyllus tras distintos tiempos de almacenamiento.

Debido a que Handroanthus heptaphyllus (Lapacho rosado) no se reproduce con facilidad naturalmente por pérdida de la capacidad germinativa de sus semillas a corto tiempo, ha sido estudiado el efecto de la presencia de la testa sobre dicho parámetro luego de un lapso de almacenamiento prolongado. Las semillas cosechadas fueron almacenadas en cámara fría a 4°C durante 1, 6, 12 y 24 meses. Al evaluar los porcentajes de germinación de las semillas con testa, se obtuvo un 100% en aquellas que fueron almacenadas durante 1 mes, mientras que a mayor tiempo de almacenaje la misma descendió hasta hacerse nula a los 24 meses. Sobre las semillas con mayor tiempo de almacenamiento se ensayó la prueba topográfica por Tetrazolio para evaluar la viabilidad del lote, resultando el 100% viables; en las pruebas de germinación estandarizada este lote no registró germinación alguna, mientras que en la germinación in vitro con previa remoción de la testa antes de ser sembrada los indicadores indirectos de vigor evaluados, índice de velocidad de germinación (IVG) y tiempo medio de germinación (TMG) registraron valores de 3,43±0,92 días y 3,34±0,61 semillas/día, respectivamente. Por ello este trabajo demuestra que existe una relación entre la presencia de la testa y los bajos valores de germinación registrada; y que con solo la remoción de la misma podría aumentarse la disponibilidad de plántulas germinadas. Además se ha logrado generar información acerca de la conservación de semillas de esta especie.Handroanthus heptaphyllus (Pink lapacho) is not easily reproduced in natural environments due to the loss of the germination capacity of its seeds after short storage periods. The aim of this work was to study the effect of the presence of the seed coat on the germination capacity of H. heptaphyllus seeds after prolonged storage. Seeds were stored in a cold chamber at 4ºC for 1, 6, 12 and 24 months. The germination percentage for seeds with seed coats was 100% for the 1-month storage period; this percentage lowered under longer periods of storage, reaching 0% for the 24-month period. The viability of seeds stored for 24 months evaluated with Topographical Tetrazolium tests was 100%; however, no seed in this batch germinated with the standard germination tests. For the in vitro germination tests, the Germination Velocity Index (GVI) and the Average Period of Germination (APG) of seeds with their seed coats previously removed were 3.43±0.92 days and 3.34±0.92 seeds/day respectively. This study has shown that there is a relation between the low viability recorded and the presence of the seed coat, and that its removal alone could increase the availability of germinated seedlings. Furthermore, it has generated information about seed conservation of this species.Fil: Duarte, Evelyn Raquel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste (i); ArgentinaFil: Avico, Edgardo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste (i); ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste (i); Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Luna, Claudia Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste (i); Argentina. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentin

Transcript and metabolic adjustments triggered by drought in Ilex paraguariensis leaves

Ilex paraguariensis (yerba mate) is cultivated in the subtropical region of South America, where the occurrence of drought episodes limit yield. To explore the mechanisms that allow I. paraguariensis to overcome dehydration, we investigated (1) how gene expression varied between water-stressed and non-stressed plants and (2) in what way the modulation of gene expression was linked to physiological status and metabolite composition. A total of 4920 differentially expressed transcripts were obtained through RNA-Seq after water deprivation. Drought induced the expression of several transcripts involved in the ABA-signalling pathway. Stomatal closure and leaf osmotic adjustments were promoted to minimize water loss, and these responses were accompanied by a high transcriptional remodeling of stress perception, signalling and transcriptional regulation, the photoprotective and antioxidant systems, and other stress-responsive genes. Simultaneously, significant changes in metabolite contents were detected. Glutamine, phenylalanine, isomaltose, fucose, and malate levels were shown to be positively correlated with dehydration. Principal component analysis showed differences in the metabolic profiles of control and stressed leaves. These results provide a comprehensive overview of how I. paraguariensis responds to dehydration at transcriptional and metabolomic levels and provide further characterization of the molecular mechanisms associated with drought response in perennial subtropical species.Fil: Acevedo, Raúl Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Avico, Edgardo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: González, Sergio Alberto. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Acácio Rodriguez, Salvador. Universidade Federal de Viçosa; BrasilFil: Rivarola, Maximo Lisandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Paniego, Norma Beatriz. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación En Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Nunes-Nesi, Adriano. Universidade Federal de Viçosa; BrasilFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigaciones Agropecuarias. Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentin