Abstract Identification of signaling pathways that control C 4 photosynthesis development is essential for introducing the C 4 pathway into C 3 crops. Species with dual photosynthesis in their life cycle are interesting models to study such regulatory mechanisms. The species used here Halimocnemis mollissima Bunge, belonging to the Caroxyleae tribe, displays C 3 photosynthesis in its cotyledons and a NAD-ME subtype of C 4 photosynthesis in the First leaves (FLs) onwards. We explored the long-distance signaling pathways that are probably implicated in the shoot-root coordination associated with the manifestation of the C 4 traits, including efficient resource usage by comparing the mRNA content of hypocotyls before and after the C 4 first leave’s formation. Histological examination showed the presence of C 3 anatomy in cotyledons and C 4 anatomy in the FLs. Our transcriptome analyses verified the performance of the NAD-ME subtype of C 4 in FLs and revealed differential transcript abundance of several potential mobile regulators and their associated receptors or transporters in two developmentally different hypocotyls of H. mollissima Bunge. These differentially expressed genes (DEGs) belong to diverse functional groups, including various transcription factor (TF) families, phytohormones metabolism, and signaling peptides, part of which could be related to hypocotyl development. Our findings support the higher nitrogen and water use efficiency associated with C 4 photosynthetic and provide insights into the coordinated above- and under-ground tissue communication during the developmental transition of C 3 to C 4 photosynthesis in this species.

Abstract Iran is one of the origins of some Salicornia species. Nevertheless, so far, comprehensive research has not been conducted on genetic potential, distribution, selection of populations, and the economic utilization of Salicornia in Iran. In the current study, Salicornia was collected based on the previous research locations available on 26 different geographical locations of provinces in Iran. Subsequently, an accurate model was provided for identifying of Salicornia species biodiversity by performing spatial analysis and modeling of distributed areas. The results provided valuable information on the diversity of specific geographical regions, conservation status of existing species, prioritization of conservation areas, and selection of areas for Agro-Ecological, leading to the development of industrial agriculture. Further, we validated genes in the field of DNA barcoding in Salicornia plants using matK, rbcL, trnH-psbA, ycf and ITS2 identifying species groups. Together, integrating our results will provide useful information for the management and utilization of Salicornia genetic resources in Iran.

Cytokinin oxidase/dehydrogenase (CKX), responsible for irreversible cytokinin degradation, also controls plant growth and development and response to abiotic stress. While the

Potato is considered a key component of the global food system and plays a vital role in strengthening world food security. A major constraint to potato production worldwide is the Potato Virus Y (PVY), belonging to the genus Potyvirus in the family of Potyviridae . Selective breeding of potato with resistance to PVY pathogens remains the best method to limit the impact of viral infections. Understanding the genetic diversity and population structure of potato germplasm is important for breeders to improve new cultivars for the sustainable use of genetic materials in potato breeding to PVY pathogens. While, genetic diversity improvement in modern potato breeding is facing increasingly narrow genetic basis and the decline of the genetic diversity. In this research, we performed genotyping-by-sequencing (GBS)-based diversity analysis on 10 commercial potato cultivars and weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) to identify candidate genes related to PVY-resistance. WGCNA is a system biology technique that uses the WGCNA R software package to describe the correlation patterns between genes in multiple samples. In terms of consumption, these cultivars are a high rate among Iranian people. Using population structure analysis, the 10 cultivars were clustered into three groups based on the 118343 single nucleotide polymorphisms (SNPs) generated by GBS. Read depth ranged between 5 and 18. The average data size and Q30 of the reads were 145.98 Mb and 93.63%, respectively. Based on the WGCNA and gene expression analysis, the StDUF538 , StGTF3C5 , and StTMEM161A genes were associated with PVY resistance in the potato genome. Further, these three hub genes were significantly involved in defense mechanism where the StTMEM161A was involved in the regulation of alkalization apoplast, the StDUF538 was activated in the chloroplast degradation program, and the StGTF3C5 regulated the proteins increase related to defense in the PVY infected cells. In addition, in the genetic improvement programs, these hub genes can be used as genetic markers for screening commercial cultivars for PVY resistance. Our survey demonstrated that the combination of GBS-based genetic diversity germplasm analysis and WGCNA can assist breeders to select cultivars resistant to PVY as well as help design proper crossing schemes in potato breeding.

Abstract Background The cuticular wax serves as a primary barrier that protects plants from environmental stresses. The Eceriferum ( CER ) gene family is associated with wax production and stress resistance. Results In a genome-wide identification study, a total of 52 members of the CER family were discovered in four Gossypium species: G. arboreum , G. barbadense , G. raimondii , and G. hirsutum . There were variations in the physicochemical characteristics of the Gossypium CER ( GCER ) proteins. Evolutionary analysis classified the identified GCERs into five groups, with purifying selection emerging as the primary evolutionary force. Gene structure analysis revealed that the number of conserved motifs ranged from 1 to 15, and the number of exons varied from 3 to 13. Closely related GCERs exhibited similar conserved motifs and gene structures. Analyses of chromosomal positions, selection pressure, and collinearity revealed numerous fragment duplications in the GCER genes. Additionally, nine putative ghr-miRNAs targeting seven G. hirsutum CER (GhCER) genes were identified. Among them, three miRNAs, including ghr-miR394 , ghr-miR414d , and ghr-miR414f , targeted GhCER09A , representing the most targeted gene. The prediction of transcription factors (TFs) and the visualization of the regulatory TF network revealed interactions with GhCER genes involving ERF, MYB, Dof, bHLH, and bZIP. Analysis of cis -regulatory elements suggests potential associations between the CER gene family of cotton and responses to abiotic stress, light, and other biological processes. Enrichment analysis demonstrated a robust correlation between GhCER genes and pathways associated with cutin biosynthesis, fatty acid biosynthesis, wax production, and stress response. Localization analysis showed that most GCER proteins are localized in the plasma membrane. Transcriptome and quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (qRT-PCR) expression assessments demonstrated that several GhCER genes, including GhCER15D , GhCER04A , GhCER06A , and GhCER12D , exhibited elevated expression levels in response to water deficiency stress compared to control conditions. The functional identification through virus-induced gene silencing ( VIGS ) highlighted the pivotal role of the GhCER04A gene in enhancing drought resistance by promoting increased tissue water retention. Conclusions This investigation not only provides valuable evidence but also offers novel insights that contribute to a deeper understanding of the roles of GhCER genes in cotton, their role in adaptation to drought and other abiotic stress and their potential applications for cotton improvement.

Despite the importance of the regulatory role of miRNAs, their effect on terpenoids production is still poorly understood. Especially, the regulation of terpenoids biosynthesis by miRNAs in medicinal plants has a proper potential to be investigated. Since many of the known miRNAs are conserved, the prediction of plausible miRNAs is a fast, cheap, and desirable method that can be used as a screening tool to gain initial knowledge of species potential. Here, the transcriptomic data of a number of the Lamiaceae species were explored to identify miRNAs and target genes related to the terpenoids biosynthesis. Based on the results, miR1127, miR1128, miR1133, miR1436 and miR5021 were found in different species, indicating that they are likely specific to the Lamiaceae family. The highest number of predicted miRNAs involved in terpenoids biosynthesis were obtained in Hyssopus officinalis and Lavadula angustifolia. However, H. officinalis showed more diversity in terpenoid biosynthesis pathways, miRNA families, and predicted targets, suggesting that it may have developed a special adaptive strategy to produce diverse terpenoids through miRNA-mediated regulation. Additionally, the phylogenetic trees based on the similarities of the precursor nucleotide sequence of miRNAs manifested that many of the trees reliably recovered the phylogeny of the Lamiaceae family, in turn representing the effectiveness of miRNAs in determining the phylogenetic relationships of the species of the same family. In conclusion, the present research provides a new foundation for investigating the function of miRNAs to enrich the pathways of terpenoids biosynthesis, and their effects on determining the evolutionary relationships of species.