Transcriptomics Profiling and Identification of Novel Drought-responsive Genes in the Date Palm (Phoenix dactylifera L.) Using Illumina RNA-seq and PacBio SMRT Hybrid NGS-based Approach

يتعرض الأمن الغذائي العالمي لتهديد دائم من قبل العديد من عوامل الإجهاد البيئي المختلفة نتيجة للتغيرات المناخية العالمية، حيث يعتبر الجفاف أكثر عوامل الإجهاد البيئي المحددة لنمو وتطور الزراعة حول العالم. يتميز نبات النخيل بتحمله لدرجات عالية من عوامل الإجهاد البيئي في المناطق القاحلة وتمكنه من النمو بكفاءة عالية تحت ظروف شديدة الحرارة والجفاف، مما يجعله موردا وراثيا هاما لدراسة آلية تحمل النبات للجفاف. إلا أن المعلومات المتوفرة حول الآليات المتبعة من قبل نبات النخيل، على المستوى الجزيئي، للتأقلم تحت ظروف الجفاف القاسية ضئيلة. من أجل التعرف على تلك الجينات الضرورية لبقاء وتحمل نبات النخيل لمثل تلك الظروف، سنقوم باستخدام نهج حديث من طرق الكشف عن التسلسل الجيني وذلك من خلال توظيف كل من تكنولوجيا الجيل الثاني short-read Illumina mRNA sequencing (RNA-Seq) وتكنولوجيا الجيل الثالث long-read PacBio single-molecule real-time SMRT (Iso-Seq) sequencing معا للكشف عن النسخة الجينية المشفرة في الأنسجة الورقية والجذور لصنف النخيل المتحمل للجفاف "خلاص" للاستجابة لمعاملة الجفاف. سيتم تطبيق برامج حاسوبية متنوعة من علوم المعلوماتية الحيوية، القائمة على أسس واستراتيجيات التحليل المستقلة والتحليل من خلال الاستدلال للتسلسل الجيني، وذلك من أجل إنشاء التسلسل الجيني المشفر الشامل وإجراء تحاليل التعبير الجيني التفاضلي بالإضافة والوظائف البيولوجية والأيضية الخلوية المرتبطة بالجينات ذات التعبير الجيني التفاضلي. كما سيتم التحقق من مستوى التعبير لتلك الجينات باستخدام تحليل تفاعل البلمرة المتسلسل الكمي الحقيقي. على حد علمنا، فإن دراسات التعريف للتسلسل الجيني المشفر لاستجابة نبات النخيل تحت ظروف الجفاف باستخدام نمط التسلسل الجيني الهجين لم يتم نشرها بعد. إن النتائج المتوقع الحصول عليها ستؤدي إلى زيادة معرفتنا للآليات النبات المتبعة لتحمل عامل الجفاف البيئي. كما أنها ستساهم بشكل كبير الدراسات الجينية الوظيفية المستقبلية وفي إنتاج وتحسين المحاصيل الزراعية ذات المرونة العالية للظروف المناخية. إن المشروع البحثي المقترح يتوافق مع سياسات دولة الك

Food security is constantly threatened by various environmental (abiotic) stresses due to global climate change. Drought is one of the most limiting factors for the growth and development of agriculture globally. The date palm (Phoenix dactylifera L.) exhibits high levels of tolerance to harsh arid environments and it can grow efficiently in very hot and dry climates, which makes it a valuable genetic resource to study drought stress tolerance. However, little is known about the molecular pathways that enable date palms to tolerate drought stress. To identify those essential genes which enable the date palm tree to survive under such conditions, we will employ a hybrid transcriptome assembly approach of next-generation sequencing (NGS) technologies by combining the short-read Illumina mRNA sequencing (RNA-Seq) with the long-read PacBio single-molecule real-time SMRT (Iso-Seq) sequencing platforms to obtain a high coverage of the coding transcriptome of both leaf and root tissues of the drought-tolerant variety ‘Khalas’ in response to drought. We will use a variety of advanced bioinformatics tools for the construction of full-length transcriptome and identification of differentially expressed genes (DEGs) as well as for their functional annotation and metabolic pathways assignment. The expression of putative novel DEGs will be validated using the quantitative real-time PCR (qRT-PCR). To our knowledge, transcriptome profiling studies on abiotic stress tolerance of date palms using RNA-Seq and SMRT hybrid sequencing have not yet been reported. The anticipated results will expand our understanding of the genetic bases of drought tolerance. It will also have a great contribution to subsequent functional genomics studies, including the development of climate-resilient crops. This research proposal coincides with the agricult