Background Gmelina arborea Roxb is a fast-growing tree species of commercial importance for tropical countries due to multiple industrial uses of its wood. Wood is primarily composed of thick secondary cell walls of xylem cells which imparts the strength to the wood. Identification of the genes involved in the secondary cell wall biosynthesis as well as their cognate regulators is crucial to understand how the production of wood occurs and serves as a starting point for developing breeding strategies to produce varieties with improved wood quality, better paper pulping or new potential uses such as biofuel production. In order to gain knowledge on the molecular mechanisms and gene regulation related with wood development in white teak, a de novo sequencing and transcriptome assembly approach was used employing secondary cell wall synthesizing cells from young white teak trees. Results For generation of transcriptome, RNA-seq reads were assembled into 110,992 transcripts and 49,364 genes were functionally annotated using plant databases; 5071 GO terms and 25,460 SSR markers were identified within xylem transcripts and 10,256 unigenes were assigned to KEGG database in 130 pathways. Among transcription factor families, C2H2, C3H, bLHLH and MYB were the most represented in xylem. Differential gene expression analysis using leaves as a reference was carried out and a total of 20,954 differentially expressed genes were identified including monolignol biosynthetic pathway genes. The differential expression of selected genes (4CL, COMT, CCoAOMT, CCR and NST1) was validated using qPCR. Conclusions We report the very first de novo transcriptome of xylem-related genes in this tropical timber species of commercial importance and constitutes a valuable extension of the publicly available transcriptomic resource aimed at fostering both basic and breeding studies.

La melina es una especie forestal con una alta calidad maderable y de importancia económica para diferentes países tropicales como Colombia. No obstante, existe poca información acerca de su genética, lo cual es pertinente en programas de mejoramiento. Con el fin de determinar el tamaño del genoma de Gmelina arborea (valor C), se obtuvieron suspensiones nucleares a partir de hojas, las cuales se analizaron mediante citometría de flujo. Para la obtención de suspensiones acuosas de núcleos, se evaluaron cuatro buffers de extracción, de los cuales, el buffer LB01 produjo poblaciones nucleares intactas y con mayor homogeneidad. Se analizaron tres especies vegetales como posibles estándares para la determinación del valor C; utilizando tomate como estándar referente, se obtuvo un valor C para melina de 467 Mpb. Este es el primer reporte relacionado con la estimación del valor C en melina, por lo que se genera así información importante para incrementar el conocimiento relacionado con esta especie.

Gmelina arborea es una especie de importancia comercial. En Colombia, las plantaciones se encuentran principalmente en la región caribe, zona caracterizada por la presencia de dos periodos de sequía al año. Para ampliar el conocimiento sobre los mecanismos de respuesta a estrés hídrico en melina, se realizó un análisis de expresión diferencial a partir de datos previamente obtenidos para la especie. Se evaluaron cuatro métodos de ensamble de novo; una estrategia de metaensamble fue seleccionada como la más adecuada. El transcriptoma fue anotado y se identificaron marcadores SSRs con predominancia de las repeticiones de dinucleótidos AT y AG. Los análisis de expresión diferencial entre raíces estresadas y no estresadas, indicaron activación de genes de las vías dependientes e independientes de ABA. Algunos genes pertenecían a la vía de los monolignoles lo que evidencia cambios en la formación de lignina bajo condiciones de estrés. La lignificación está relacionada con procesos de formación de madera y con mecanismos de respuesta a estrés. Con el fin de obtener conocimiento relacionado con los genes involucrados en biosíntesis y regulación de las vías de lignificación en melina, se empleó una aproximación de RNA-seq. El ARN proveniente de árboles jóvenes fue secuenciado y las lecturas fueron ensambladas en 110.992 transcritos. Se anotaron 49.364 transcritos correspondientes a 5071 categorías ontológicas y 10.256 transcritos fueron asignados a 130 vías metabólicas KEGG. Se identificaron 20954 genes diferencialmente expresados entre hoja y tallo, de los cuales se validaron siete por qRT-PCR. Adicionalmente se analizó el perfil de ARNs pequeños expresados en xilema secundario.