Exploring gene networks in two sunflower lines with contrasting leaf senescence phenotype using a system biology approach

Abstract

Background: Leaf senescence is a complex process, controlled by multiple genetic and environmental variables. In sunflower, leaf senescence is triggered abruptly following anthesis thereby limiting the capacity of plants to keep their green leaf area during grain filling, which subsequently has a strong impact on crop yield. Recently, we performed a selection of contrasting sunflower inbred lines for the progress of leaf senescence through a physiological, cytological and molecular approach. Here we present a large scale transcriptomic analysis using RNA-seq and its integration with metabolic profiles for two contrasting sunflower inbred lines, R453 and B481-6 (early and delayed senescence respectively), with the aim of identifying metabolic pathways associated to leaf senescence. Results: Gene expression profiles revealed a higher number of differentially expressed genes, as well as, higher expression levels in R453, providing evidence for early activation of the senescence program in this line. Metabolic pathways associated with sugars and nutrient recycling were differentially regulated between the lines. Additionally, we identified transcription factors acting as hubs in the co-expression networks; some previously reported as senescence-associated genes in model species but many are novel candidate genes. Conclusions: Understanding the onset and the progress of the senescence process in crops and the identification of these new candidate genes will likely prove highly useful for different management strategies to mitigate the impact of senescence on crop yield. Functional characterization of candidate genes will help to develop molecular tools for biotechnological applications in breeding crop yield.Fil: Moschen, Sebastián Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Tucuman-Santiago del Estero. Estación Experimental Agropecuaria Famaillá; Argentina. 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: Marino, Johanna Magali. Universidad Nacional de San Martín; ArgentinaFil: Nicosia, Salvador. 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: Higgins, Janet. Earlham Institute; Reino UnidoFil: Alseekh, Saleh. No especifíca;Fil: Astigueta, Francisco Horacio. 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: Bengoa Luoni, Sofia Ailin. 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: 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: Fernie, Alisdair R.. No especifíca;Fil: Blanchet, Nicolas. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Langlade, Nicolas B.. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: 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: Fernández, Paula. No especifíca;Fil: Heinz, Ruth Amelia. 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; Argentin