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Transcriptome comparison of winter and spring wheat responding to low temperature

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Abstract:

Freezing tolerance in plants is a complex trait that occurs in many plant species during growth at low, nonfreezing temperatures, a process known as cold acclimation. This process is regulated by a multigenic system expressing broad variation in the degree of freezing tolerance among wheat cultivars. Microarray analysis is a powerful and rapid approach to gene discovery. In species such as wheat, for which large scale mutant screening and transgenic studies are not currently practical, genotype comparison by this methodology represents an essential approach to identifying key genes in the acquisition of freezing tolerance. A microarray was constructed with PCR amplified cDNA inserts from 1184 wheat expressed sequence tags (ESTs) that represent 947 genes. Gene expression during cold acclimation was compared in 2 cultivars with marked differences in freezing tolerance. Transcript levels of more than 300 genes were altered by cold. Among these, 65 genes were regulated differently between the 2 cultivars for at least 1 time point. These include genes that encode potential regulatory proteins and proteins that act in plant metabolism, including protein kinases, putative transcription factors, Ca2+ binding proteins, a Golgi localized protein, an inorganic pyrophosphatase, a cell wall associated hydrolase, and proteins involved in photosynthesis.Key words: wheat microarray, expression profile, plant transcription, cold-regulated genes, freezing tolerance, cold acclimation, winter hardiness, stress genes, gene regulation, wheat transcriptome.

La tolérance au gel chez les plantes est un caractère complexe qu'on rencontre chez plusieurs plantes au cours de la croissance à de faibles températures (au-dessus du point de congélation), un phénomène appelé acclimatation au froid. Ce processus est régulé par un système multigénique qui produit une grande variation quant au degré de tolérance au gel parmi différents cultivars du blé. Les puces à ADN constituent une approche puissante et rapide en vue de l'identification de gènes. Chez des espèces telles que le blé, pour lesquelles le criblage à grande échelle de mutants ou la transgenèse ne sont pas présentement pratiques, la comparaison de différents génotypes constitue une approche essentielle pour l'identification de gènes clés dans l'acquisition de la tolérance au gel. Une puce à ADN a été constituée avec des inserts de clones ADNc amplifiés par PCR, ces clones provenant de 1 184 EST (étiquettes de gènes exprimés) et représentant 947 gènes. L'expression génique au cours de l'acclimatation a été comparée chez 2 cultivars présentant une tolérance au gel très contrastée. L'abondance de plus de 300 gènes était modifiée par le froid. Parmi ceux-ci, 65 gènes présentaient une régulation différente chez les 2 cultivars pour au moins 1 des temps d'échantillonnage. On y retrouve des gènes qui codent pour de possibles protéines régulatrices et des protéines impliquées dans le métabolisme dont des protéines kinases, des facteurs de transcription putatifs, des protéines liant le Ca2+, une protéine localisée dans le Golgi, une pyrophosphatase inorganique, une hydrolase associée à la paroi cellulaire, ainsi que des protéines impliquées dans la photosynthèse.Mots clés : puce à ADN pour le blé, profil d'expression, transcription chez les plantes, gènes régulés par le froid, tolérance au gel, acclimatation au froid, résistance au froid, gènes de stress, régulation génique, transcriptome du blé.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2005

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