Complete chloroplast genome sequencing and comparative analysis reveals changes to the chloroplast genome after allopolyploidization in Cucumis

Allopolyploids undergo 'genomic shock' leading to significant genetic and epigenetic modifications. Previous studies have mainly focused on nuclear changes, while little is known about the inheritance and changes of organelle genome in allopolyploidization. The synthetic allotetraploid Cucumis *hytivus, which is generated via hybridization between C. hystrix and C. sativus, is a useful model system for studying cytonuclear variation. Here, we report the chloroplast genome of allotetraploid C. *hytivus and its diploid parents via sequencing and comparative analysis. The size of the obtained chloroplast genomes ranged from 154 673 to 155 760 bp, while their gene contents, gene orders, and GC contents were similar to each other. Comparative genome analysis supports chloroplast maternal inheritance. However, we identified 51 indels and 292 SNP genetic variants in the chloroplast genome of the allopolyploid C. *hytivus relative to its female parent C. hystrix. Nine intergenic regions with rich variation were identified through comparative analysis of the chloroplast genomes within the subgenus Cucumis. The phylogenetic network based on the chloroplast genome sequences clarified the evolution and taxonomic position of the synthetic allotetraploid C. *hytivus. The results of this study provide us with an insight into the changes of organelle genome after allopolyploidization, and a new understanding of the cytonuclear evolution. Key words: allopolyploidy, chloroplast genome, SNP, phylogenetic analysis, Cucumis. Les allopolyploides subissent 'choc genomique' menant a d'importants changements genomiques et epigenetiques. Les etudes anterieures ont principalement documente les changements nucleaires, tandis que peu de choses sont connues de l'heredite et des changements dans l'organisation du genome des organites lors de l'allopolyploidisation. L'allopolyploide synthetique Cucumis *hytivus, lequel est genere par hybridation entre le C. hystrix et le C. sativus, est un modele utile pour etudier la variation cytonucleaire. Dans ce travail, les auteurs examinent le genome chloroplastique de l'allotetraplo'ide C. *hytivus et de ses parents diploides via le sequencage et des analyses comparees. La taille des genomes chloroplastiques obtenus variait entre 154 673 et 155 760 pb, tandis que le contenu genique, leur ordre ainsi que le contenu en GC etaient semblables. Une analyse comparee des genomes confirme la transmission maternelle du chloroplaste. Cependant, les auteurs ont identifie 51 indels et 292 variants SNP dans le genome chloroplastique de l'allopolyploide C. *hytivus par rapport a celui du parent femelle C. hystrix. Neuf regions intergeniques riches en variation ont ete identifiees via analyse comparee des genomes chloroplastiques au sein du sous-genre Cucumis. Le reseau phylogenetique fonde sur les sequences de genomes chloroplastiques a clarifiel'evolution et la position taxonomique de l'allotetraploide C. *hytivus. Les resultats de cette etude jettent un eclairage sur les changements qui surviennent dans les genomes des organites apres allopolyploidisation et contribuent a une meilleure comprehension de l'evolution cytonucleaire. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : allopolyploidie, genome chloroplastiqu, SNP, analyse phylogenetique, Cucumis.
Introduction Allopolyploids, formed by interspecific hybridization and whole-genome duplication (WGD), have played a key role in the evolution of plant species (Leitch and Bennett 1997; Soltis et al. 2009; Wendel [...]