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Characterization of Salt Overly Sensitive 1 (SOS1) gene homoeologs in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.)

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Abstract:

Salt tolerance is an agronomically important trait that affects plant species around the globe. The Salt Overly Sensitive 1 (SOS1) gene encodes a plasma membrane Na+/H+ antiporter that plays an important role in germination and growth of plants in saline environments. Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) is a halophytic, allotetraploid grain crop of the family Amaranthaceae with impressive nutritional content and an increasing worldwide market. Many quinoa varieties have considerable salt tolerance, and research suggests quinoa may utilize novel mechanisms to confer salt tolerance. Here we report the cloning and characterization of two homoeologous SOS1 loci (cqSOS1A and cqSOS1B) from C. quinoa, including full-length cDNA sequences, genomic sequences, relative expression levels, fluorescent in situ hybridization (FISH) analysis, and a phylogenetic analysis of SOS1 genes from 13 plant taxa. The cqSOS1A and cqSOS1B genes each span 23 exons spread over 3477 bp and 3486 bp of coding sequence, respectively. These sequences share a high level of similarity with SOS1 homologs of other species and contain two conserved domains, a Nhap cation-antiporter domain and a cyclic-nucleotide binding domain. Genomic sequence analysis of two BAC clones (98 357 bp and 132 770 bp) containing the homoeologous SOS1 genes suggests possible conservation of synteny across the C. quinoa sub-genomes. This report represents the first molecular characterization of salt-tolerance genes in a halophytic species in the Amaranthaceae as well as the first comparative analysis of coding and non-coding DNA sequences of the two homoeologous genomes of C. quinoa.

La tolérance à la salinité est un caractère agronomique important chez plusieurs espèces végétales partout sur le globe. Le gène Salt Overly Sensitive 1 (SOS1) code pour un antiporteur Na+/H+ de la membrane plasmique qui joue un rôle important dans la germination et la croissance des plantes en conditions salines. Le quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) est une culture halophyte allotétraploïde de la familles des amaranthacées qui affiche une valeur nutritionnelle impressionnante et dont le marché connaît un essor mondial. Plusieurs cultivars de quinoa présentent une tolérance considérable à la salinité et la recherche suggère que le quinoa utilise des mécanismes inédits pour obtenir une telle tolérance. Les auteurs rapportent ici le clonage et la caractérisation de deux locus SOS1 homéologues (cqSOS1A et cqSOS1B) chez le C. quinoa. Cette caractérisation comprend les séquences complètes des ADNc, les séquences génomiques, les niveaux relatifs d’expression, l’hybridation in situ en fluorescence (FISH) ainsi qu’une analyse phylogénétique des gènes SOS1 provenant de 13 espèces végétales. Les gènes cqSOS1A et cqSOS1B comptent tous deux 23 exons qui totalisent respectivement 3477 et 3486 pb de séquence codante. Ces séquences présentent une grande similarité avec les homologues SOS1 identifiés chez d’autres espèces et contiennent deux domaines conservés, un domaine antiporteur de cations Nhap et un domaine de liaison à des nucléotides cycliques. L’analyse de la séquence génomique de deux clones BAC (de 98 357 pb et 132 770 pb) contenant des gènes SOS1 homéologues suggère une possible conservation de la synténie au sein des sous-génomes du C. quinoa. Ce travail constitue la première caractérisation de gènes de tolérance à la salinité chez une espèce halophyte de la famille des amaranthacées ainsi que la première analyse comparée de séquences codantes et non-codantes au sein des génomes homéologues du C. quinoa.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2009

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