Identification of Novel Drought-Responsive Genes In The Date Palm, (Phoenix Dactylifera L.) Using A Combination of Illumina And Pacbio NGS-Based RNA-S

"یعتبر الجفاف من أكثر العوامل المحددة لنمو وتطور زراعة النباتات في العالم، تتمیز شجرة النخیل بتحملھا لأشكال مختلفة من الإجھادات
البیئیة القاسیة واستطاعتھا النمو بكفاءة عالیة تحت ظروف مناخیة حارة جدا وجافة. وللتعرف على تلك الجینات الجوھریة والتي تمكن
Illumina mR-) شجرة النخیل من البقاء والنمو تحت ظروف جفاف ذات مستویات عالیة، سنقوم باستخدام ودمج طریقتي التسلسل الجیني
والقائمة على تكنولوجیا (Pacbio Iso-RNA) و (Next-Generation Sequencing) القائمة على تكنولوجیا الجیل الثاني (NA-Seq
من التسلسل الجینومي لوصف التعبیر الجیني التفاضلي في الأنسجة الورقیة والجذور (Single Molecule Sequencing) الجیل الثالث
لنبات النخیل صنف خلاص المتحمل للجفاف وذلك بعد تعرضھا لمستویات محددة من إجھاد الجفاف ضمن شروط بیئیة متحكم بھا. ومن
أجل التحلیل المقارن سیتم تحلیل كذلك صنف نخیل حساس للجفاف. ولإنشاء التسلسل الجیني المرمز الكامل، وإجراء تحلیل للتعبیر الجیني
التفاضلي وتحالیل أخرى متطورة على مستوى الجینوم، سنقوم باستخدام وتطبیق أدوات وبرامج حاسوبیة مختلفة من علوم الإحصاء البیولوجي
المرتكزة على كلا من استراتیجیات التحلیل المستقلة والتحلیل من خلال الاستدلال (Biostatistics) والمعلوماتیة الحیویة (Bioinformatics)
على التسلسل الجیني، بالإضافة إلى الكشف عن الوظائف البیولوجیة للجینات ذات التعبیر التفاضلي التي سیتم التعرف علیھا وتحدید مساراتھا
المتعلقة بالعملیات الأیضیة الخلویة. كما سیتم التحقق من مستوى التعبیر الجیني للجینات باستخدام طریقة تفاعل البلمرة المتسلسل الكمي
على حد علمنا، فإن التعرف على الجینات ذات التعبیر التفاضلي وتحلیل استجابتھا لإجھاد الجفاف البیئي .(real-time RT-PCR) ، الحقیقي
في كلا من الأنسجة الورقیة والجذور لنبات النخیل باستخدام طریقة التسلسل الجیني للحمض الریبوزي المرمز لم یتم التطرق إلیھ حتى الآن.
إن البحث المقترح یھدف تطویر منظومة بحثیة تحلیلیة تعتمد على علم الجینوم الوظیفي وذلك لدراسة مقاومة النباتات للإجھادات البیئیة المختلفة
وھذا بالتالي سیعمل بالتأكید على بناء وتعزیز القدرات البحثیة لدولة الكویت والنھوض بمكانتھا العلمیة محلیا دولیا. إن المشروع المقترح یتوافق
مع سیاسات الدولة الزراعیة في مواكبة أحدث مناھج التكنولوجیا الحیویة المتقدمة، ناھیك عن تنمیة روح التعاون وتبادل المعرفة والخبرات
مع المؤسسات العلمیة الأجنبیة."

"Understanding of the molecular mechanisms of plant tolerance to various environmental (abiotic) stresses is still a major
challenge in biology. Drought is one of the most limiting factors for the growth and development of agriculture in the world.
Searching for candidate drought-tolerant genes and the use of identified novel genes in improving economical crops
growing in droughty soil is therefore being one of the main interests of many plant biologists and breeders. The date palm
Phoenix dactylifera is the oldest fruit crops grown in the arid regions, particularly in the Arabian Peninsula. The tree exhibits
high levels of tolerance to the harsh arid environment and it can grow efficiently in very hot and dry climates, making it
a valuable genetic resource to study drought stress tolerance. To identify those essential genes which enable date palm
tree to survive under high drought stress conditions, we will identify the differentially expressed genes (DEGs) in droughtstressed
leaf and root tissues of P. dactylifera variety Khlas growing under environmental controlled conditions using the
Next-Generation Sequencing (NGS)-based (mRNA-Seq) and Single Molecule Third Generation (Iso-Seq) RNA sequencing
technology. Full-length transcriptome construction, differential gene expression and further advanced analyses will be
performed using various bioinformatics and biostatistics tools based on both genome-guided and genome-independent
strategies. In addition, functional annotation and metabolic pathways assignment of detected DEGs will also be performed.
Expression of candidate DEGs will be validated by quantitative real-time PCR (qRT-PCR), and their specific role in drought
tolerance will be confirmed using the yeast functional screening system. To our knowledge, identification and analysis of
DEGs in both leaf and root tissues of date palm in response to drought stress treatment by RNA-Seq method, followed
by functional expression of heterologous protein-coding DEGs has not been reported yet. The discovery of promising
novel drought-tolerant genes in date palm will contribute efficiently in improving crops tolerance against drought via
genetic engineering. The proposed research study will lead to the development of a functional genomics-based system
for studying the plants tolerance to various environmental stresses. This in turn will certainly build up and strengthen the
research capacity and raise the scientific status of Kuwait, locally and internationally. The proposed project also coincides
with the agricultural policies of the country in convoying the most advanced biotechnological approaches and will enhance
the cooperation and exchange of knowledge and experiences with scientific foreign institutes."