Icelandic accession of Arabidopsis thaliana confirmed with cytogenetic markers and its origin inferred from whole-genome sequencing

Abstract

In this paper, we report the first discovery of Arabidopsis thaliana in Iceland. In May 2015, the plants were located growing on warm geothermal soil around the hot spring Deildartunguhver in Reykholt, West Iceland. Flower buds and leaves were collected and used for subsequent cytogenetic analyses and DNA sequencing. Whole plant specimens were deposited at the Icelandic AMNH herbarium and were assigned accession number VA21379. The accession was found to be diploid with 2n=2x=10, as expected for this species. At meiosis I (diakinesis) it formed five normal bivalents. Ribosomal FISH mapping revealed two pairs of 5S rDNA loci and two pairs of NORs. Fine-scale chromosome painting using BAC clones specific for chromosomes At1 and At4 confirmed the standard structure of these chromosomes. Furthermore, the painting revealed an absence of the 1.17-Mb paracentric inversion on the At4 short arm in the Icelandic accession, in contrast to the inversionbearing A. thaliana accessions more prevalent in North America. The sequencing of multiplexed whole-genome libraries identified the Swedish accession Ham-1 as the closest relative of the Icelandic accession, with, however, a markedly low SNPmatch score. We conclude that although the Icelandic accession appears to be more genetically related to populations from Scandinavia than to other European accessions, it did not originate from any of the populations represented in the global collection of the 1001 Genomes accessions of A. thaliana.

Hér verður greint frá fyrsta fundi gæsamatar (Arabidopsis thaliana) á Íslandi. Tegundin fannst í maí 2015 á jarðhitasvæði við Deildartunguhver. Blómknöppum og laufblöðum var safnað fyrir litningagreiningu og raðgreiningu erfðamengis. Einnig var eintökum safnað til þurrkunar og þeim síðan komið fyrir í plöntusafni AMNH þar sem þau fengu númerið VA21379. Eins og fyrri rannsóknir gæsamatar hafa leitt í ljós reyndust sýnin vera tvílitna (2n=2x=10) og við greiningu á rýriskiptingu komu í ljós fimm eðlileg tvígilda litningapör. Þáttatenging flúrljómandi rDNA (FISH) þreifara á litningum í mítósu leiddi í ljós tvö 5S ríbósóm genapör og tvö pör NOR svæða sem jafnframt eru dæmigerð fyrir arfgerð tegundarinnar. Nánari greining með notkun BACFISH þreifara á litningunum At1 og At4 sýndi að uppbygging litninganna úr sýnunum frá Deildartungu væri eðlileg. Greiningin leiddi jafnframt í ljós vöntun á 1.17-Mb þráðhefta umhverfu á At4 litningi en þessi umhverfa er algeng meðal stofna gæsamatar í Norður-Ameríku. Raðgreining erfðamengis íslensku sýnanna leiddi í ljós mestan skyldleika við sýni frá Svíþjóð en þó með lágum skyldleikastuðli. Því er niðurstaða þessarar greiningar sú að þótt plöntur sem fundust á Íslandi séu skyldari stofnum frá Skandinavíu en stofnum annars staðar frá, hafa þær upphaflega ekki borist frá neinum af stofnum í þekktu safni 1001 erfðamengja gæsamatar víðsvegar að úr heiminum.