Transcript analysis in two alfalfa salt tolerance selected breeding populations relative to a non-tolerant population

With the growing limitations on arable land, alfalfa (a widely cultivated, low-input forage) is now being selected to extend cultivation into saline lands for low-cost biofeedstock purposes. Here, minerals and transcriptome profiles were compared between two new salinity-tolerant North American alfalfa breeding populations and a more salinity-sensitive western Canadian alfalfa population grown under hydroponic saline conditions. All three populations accumulated two-fold higher sodium in roots than shoots as a function of increased electrical conductivity. At least 50% of differentially expressed genes (p < 0.05) were down-regulated in the salt-sensitive population growing under high salinity, while expression remained unchanged in the saline-tolerant populations. In particular, most reduction in transcript levels in the salt-sensitive population was observed in genes specifying cell wall structural components, lipids, secondary metabolism, auxin and ethylene hormones, development, transport, signalling, heat shock, proteolysis, pathogenesis-response, abiotic stress, RNA processing, and protein metabolism. Transcript diversity for transcription factors, protein modification, and protein degradation genes was also more strongly affected in salt-tolerant CW064027 than in salt-tolerant Bridgeview and salt-sensitive Rangelander, while both saline-tolerant populations showed more substantial up-regulation in redox-related genes and B-ZIP transcripts. The report highlights the first use of bulked genotypes as replicated samples to compare the transcriptomes of obligate out-cross breeding populations in alfalfa.Avec la baisse de disponibilit\ue9 de sols arables, la luzerne (une fourrag\ue8re largement cultiv\ue9e et \ue0 faibles intrants) est maintenant utilis\ue9e sur des terres salines pour produire de la biomasse \ue0 faible co\ufbt. Dans ce travail, deux nouvelles populations nord-am\ue9ricaines en cours de s\ue9lection et tol\ue9rantes \ue0 la salinit\ue9 ainsi qu\u2019une population de l\u2019ouest canadien plus sensible \ue0 la salinit\ue9 ont \ue9t\ue9 cultiv\ue9es en conditions hydroponiques de stress salin pour comparer leurs profils de composition min\ue9rale et transcriptomiques. Les trois populations ont accumul\ue9 deux fois plus de sodium chez les racines que chez les tiges, en fonction de la conductivit\ue9 \ue9lectrique accrue. Au moins 50 % des g\ue8nes diff\ue9rentiellement exprim\ue9s (p < 0,05) \ue9taient plus faiblement exprim\ue9s au sein de la population sensible cultiv\ue9e en conditions de salinit\ue9 \ue9lev\ue9e, tandis que l\u2019expression de ceux-ci restait inchang\ue9e chez les populations tol\ue9rantes. En particulier, la plupart des r\ue9ductions d\u2019abondance des transcrits chez la population sensible ont \ue9t\ue9 observ\ue9es pour des g\ue8nes codant pour des composantes structurales de la paroi cellulaire, des lipides, le m\ue9tabolisme secondaire, les hormones auxine et \ue9thyl\ue8ne, le d\ue9veloppement, le transport, la signalisation, le choc thermique, la prot\ue9olyse, les r\ue9ponses de d\ue9fense, le stress abiotique, la maturation des ARN et le m\ue9tabolisme des prot\ue9ines. La diversit\ue9 des transcrits codant pour des facteurs de transcription ou provenant de g\ue8nes impliqu\ue9s dans la modification ou la d\ue9gradation des prot\ue9ines \ue9tait plus largement affect\ue9e chez la population tol\ue9rante CW064027 que chez la population tol\ue9rante Bridgeview et la population sensible Rangelander, tandis que les deux populations tol\ue9rantes pr\ue9sentaient une surexpression plus marqu\ue9e de g\ue8nes impliqu\ue9s dans l\u2019\ue9tat redox ainsi que des transcrits B-ZIP. Ce travail rapporte pour la premi\ue8re fois l\u2019emploi de g\ue9notypes composites \ue0 titre de r\ue9plicats pour comparer les transcriptomes au sein de populations allof\ue9cond\ue9es de luzerne.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye