Sequencing cucumber (Cucumis sativus L.) chloroplast genomes identifies differences between chilling-tolerant and -susceptible cucumber lines

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Chilling injury in cucumber (Cucumis sativus L.) is conditioned by maternal factors, and the sequencing of its chloroplast genome could lead to the identification of economically important candidate genes. Complete sequencing of cucumber chloroplast (cp)DNA was facilitated by the development of 414 consensus chloroplast sequencing primers (CCSPs) from conserved cpDNA sequences of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana L.), spinach (Spinacia oleracea L.), and tobacco (Nicotiana tabacum L.) cpDNAs, using degenerative primer technologies. Genomic sequence analysis led to the construction of 301 CCSPs and 72 cucumber chloroplast-specific sequencing primers (CSSPs), which were used for the complete sequencing of cpDNA of Gy14 (155525 bp) and ‘Chipper’ (155 524 bp) cucumber lines, which are, respectively, susceptible and tolerant to chilling injury (4°C for 5.5h) in the first leaf stage. Comparative cpDNA sequence analyses revealed that 1 sequence span (located between genes trnK and rps16) and 2 nucleotides (located in genes atpB and ycf1) differed between chilling-susceptible and -tolerant lines. These sequence differences correspond to previously reported maternally inherited differences in chilling response between reciprocal F1 progeny derived from these lines. Sequence differences at these 3 cpDNA sites were also detected in a genetically diverse array of cucumber germplasm with different chilling responses. These and previously reported results suggest that 1 or several of these sequences could be responsible for the observed response to chilling injury in cucumber. The comprehensive sequencing of cpDNA of cucumber by CCSPs and CSSPs indicates that these primers have immediate applications in the analysis of cpDNAs from other dicotyledonous species and the investigation of evolutionary relationships.

La sensibilité au froid chez le concombre (Cucumis sativus L.) est déterminée par des facteurs maternels et le séquençage du génome chloroplastique (ADNcp) pourrait permettre l’identification de gènes candidats importants sur le plan économique. Le séquençage complet de l’ADNcp du concombre a été facilité par le développement de 414 amorces consensus pour le séquençage chloroplastique (CCSP pour «consensus chloroplast sequencing primers») à partir des séquences d’ADNcp conservées entre l’Arabidopsis (Arabidopsis thaliana L.), l’épinard (Spinacia oleracea L.) et le tabac (Nicotiana tabacum L.) et d’amorces dégénérées. L’analyse de la séquence génomique a permis de développer 301 CCSP et 72 amorces spécifiques du génome du concombre (CSSP) qui ont été employées pour le séquençage de l’ADNcp de la lignée Gy14 (155 525 pb) et du cultivar ‘Chipper’ (155 524 pb), lesquels sont respectivement sensible et résistant au froid (40°C pendant 5,5 h) au stade une feuille. Des comparaisons des séquences d’ADNcp ont révélé qu’une région (située entre les gènes tmK et rps16) et deux nucléotides (dans les gènes atpB et ycf1) différaient entre les deux lignées. Ces polymorphismes correspondent à des différences transmises maternellement qui ont déjà été rapportées pour des progénitures F1 réciproques issues de croisements entre ces lignées. Les polymorphismes à ces trois sites de l’ADNcp ont également été détectés au sein d’une collection variée de ressources génétiques chez le concombre montrant des sensibilités différentes au froid. Ces résultats et ceux rapportés antérieurement suggèrent que l’un ou plusieurs de ces polymorphismes seraient responsables du phénotype de sensibilité au froid. Le séquençage complet de l’ADNcp du concombre avec les amorces CCSP et CSSP montre que ces amorces ont des applications possibles dans l’analyse de l’ADNcp chez d’autres dicotylédones et l’investigation des relations évolutives.

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2007

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