Transcriptome and genome specializations of Oxytropis (Fabaceae) arctic species

• Main Author: Archambault, Annie
• Other Authors: Martina Stromvik (Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Biology - Botany; Arctic; The ''Y''; Arctique*
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=119419

Molecular adaptations of arctic plants are not well understood, yet they are the basis for plant survival in a cold growth season, low light and nutritiously poor environment. This thesis consists in three studies: 1) a comparison of plantlet transcriptomes of arctic and temperate Oxytropis species; 2) detection of codons under selective pressure in genes from these species; 3) a phylogenetic study of the Oxytropis genus that characterizes recurrence of arctic lineages evolution within the genus. The first study used cDNA library construction, suppression subtractive hybridization, followed by EST (Expressed Sequence Tags) sequencing and annotation, and resulted in a list of 489 differentially expressed genes. Arctic plantlets preferentially express genes of the "response to stimulus" and "ribosome biogenesis" categories, whereas temperate plantlets express genes of the "photosynthesis", "ribosome biogenesis" and "translation and nucleosome assembly" categories. In the second study, genes were isolated from genomic DNA, codons under selection were detected, and the evolutionary relationships of gene copies were established for the PR-10, the ripening-related proteins, and the KS-dehydrin families. Oxytropis dehydrins are of a novel type (K-like Y4 K S) and evolved freely, except for a few codons under negative selection that cluster in the Y-segment. The PR-10 is the only set of analyzed genes where evolving novel protein variant was once advantageous. In the third study, the nuclear ribosomal ITS sequences from 97 specimens of 30 Oxytropis species was analyzed by phylogenetic and network approaches. The nine arctic species evolved from different temperate ancestors, through six lineages. Les adaptations moléculaires des plantes arctiques sont encore mal comprises, elles sont pourtant à la base de la survie des plantes dans ces milieux dominés par une saison de croissance froide, une lumière faible et un environnement nutritionnellement pauvre. Cette thèse consiste en trois études 1) une comparaison du transcriptome des plantules d'espèces d'Oxytropis arctiques et tempérées; 2) la détection de pressions de sélection dans les gènes ces espèces; 3) une analyse phylogénétique qui caractérise la récurrence de l'évolution de lignées arctiques au sein du genre Oxytropis. La première étude utilise la construction de banques d'ADNc, la technique de « suppression subtractive hybridization », suivi de séquençage et annotation de ESTs (Expressed Sequence Tags) et a résulté en une liste de 489 gènes exprimés de façon différentielle. Les plantules arctiques expriment de façon préférentielle les gènes de « réponse aux stimulus », de « biogénèse des ribosomes » alors que les plantules tempérées expriment les gènes de « photosynthèse », de « biogénèse des ribosomes » et de « traduction et assemblage des nucléosomes ». Dans la seconde étude, les gènes ont été isolés de l'ADN génomique, les codons sous pression de sélection ont été détectés, et les relations évolutives ont été établies pour les membres des familles géniques de PR-10, « ripening-related proteins », et déhydrines . Les déhydrines sont d'un type nouveau (K-like Y4 K S) et ont évolués librement, sauf pour un groupe de codons sous pression de sélection négative dans le segment-Y. Les PR-10 sont le seul ensemble de gènes analysés où l'évolution de nouvelles variantes de protéines a été avantageuse. Dans la troisième étude, la séquence de l'espaceur ribosomal nucléaire ITS a été analysée par des approches phylogénétiques et de réseaux pour 30 espèces d'Oxytropis représentées par un total de 97 spécimens. Les neuf espèces arctiques ont évoluées de différents ancêtres tempérées, par six lignées différentes.