Characterization of non-target-site mechanisms in imidazolinone-resistant sunflower by RNA-seq

Abstract

Los girasoles Imisun son cultivares resistentes a imidazolinonas en los cuales coexisten dos mecanismos de resistencia: (i) una mutación puntual en el sitio blanco del herbicida (resistencia relacionada al sitio de acción) y (ii) resistencia no relacionada al sitio de acción (NTSR). En la tecnología Imisun, NTSR podría estar relacionada con el metabolismo del herbicida y podría resultar de una sobreexpresión constitutiva de los genes detoxificadores, o inducida luego del tratamiento con herbicida. El objetivo de este trabajo fue caracterizar NTSR en girasoles Imisun en respuesta al tratamiento de imazetapir mediante RNA-seq, y determinar si estos mecanismos son constitutivo o inducidos por el herbicida. Las cipselas fueron germinadas en multimacetas, regadas por capilaridad y se mantuvieron en una cámara bajo condiciones controladas. Plantas de 7 días fueron tratadas con imazetapir 0 (control) y 1 μM por 12 h. Luego de la purificación del RNA de hoja, se construyeron bibliotecas de cDNA stranded y paired-end. La secuenciación se llevó a cabo en Illumina HiSeq2000. Se realizaron dos tipos de estrategias de mapeo local contra el transcriptoma de referencia HaT13l, incluyendo y filtrando multihits, respectivamente y se realizó el análisis de la expresión diferencial. Se identificaron 61 y 47 contigs (de acuerdo a la estrategia de mapeo) relacionados a metabolismo de xenobióticos: citocromos P450, transportadores ABC, glicosiltransferasas, UDPglucuronosil/glucosiltransferasas y glutatión S-transferasas. No se encontró expresión diferencial entre las plantas tratadas y sin tratar con imazetapir para ninguno de los contigs. La expresión de 17 contigs de interés fue validada mediante qRT-PCR. Estos resultados sugieren que mecanismos NTSR constitutivos estarían involucrados con la resistencia a imidazolinonas en girasol.

Imisun sunflowers (Helianthus annuus L.) are imidazolinone-resistant cultivars in which the two mechanisms of herbicide resistance coexist: (i) mutation in herbicide target-site (target-site resistance) and (ii) non-target-site resistance (NTSR). In Imisun technology, NTSR could be related to herbicide metabolism and might occur as a result of a constitutive up-regulation of resistance genes, or it can appear only after herbicide treatment. The objective of this study was to characterize NTSR in Imisun sunflower in response to imazethapyr using RNA-Seq and to determine whether these mechanisms are constitutive or herbicide-induced. Cypsels were germinated in plastic pots, watered by capillarity and growth in chamber under controlled conditions. Seven-day-old plants were treated with 0 (control) and 1 μM imazethapyr for 12 h. After leaf RNA purification, stranded, paired-end cDNA libraries were constructed. Sequencing was performed with Illumina HiSeq2000. Local mapping, with and without multihits, was carried out over the reference transcriptome HaT13l and differential expression was analysed. Sixty one and 47 contigs (according to mapping strategy) related to xenobiotic metabolism were found: cytochromes P450s, ABC transporters, glycosyltransferases, UDPglucuronosyl/glucosyltransferases and glutathione S-transferases. None of these contigs showed differential expression between control and imazethapyr-treated plants. Seventeen interesting contigs were verified by qRT-PCR. These results suggest that constitutive NTSR mechanisms may account for imidazolinone resistance in Imisun sunflower.