茄科物種全基因組抗病基因鑒定及其進(jìn)化分析.pdf

1、隨著測序技術(shù)的快速發(fā)展，近年來多個(gè)茄科物種的基因組數(shù)據(jù)相繼被釋放，這為全基因組范圍鑒定抗病基因和物種間比較基因組學(xué)的應(yīng)用提供了平臺(tái)。植物中大部分(80％)抗病基因?qū)儆贜BS-LRR類。本研究通過隱馬爾科夫模型(Hidden MarkovModel，HMM)和BLAST的方法從栽培番茄Heinz1706、野生番茄LA716、栽培馬鈴薯DM1-3、栽培辣椒Zunla-1、野生辣椒Chiltepin和栽培煙草TN90中分別鑒定出463、485

2、、1，152、1，665、2，042和374個(gè)NBS-LRR類抗病基因。相比已報(bào)道的結(jié)果，本研究從番茄Heinz1706和馬鈴薯DM1-3中鑒定出69和397個(gè)新抗病基因。辣椒基因組內(nèi)（尤其是野生辣椒Chiltepin）的抗病基因數(shù)目在已報(bào)道的二倍體物種中是最大的。使用BLSATN的方法(E值為1e-10)，我們將本研究從茄科物種鑒定出的絕大多數(shù)抗病基因(＞92％)劃分到了87個(gè)抗病基因亞家族中，其中16個(gè)亞家族為TIR-NBS-LRR

3、(TNL)類，71個(gè)為non-TNL(nTNL)類。分析表明，TNL類抗病基因家族的基因結(jié)構(gòu)較nTNL類抗病基因亞家族的基因結(jié)構(gòu)更保守。本研究以番茄基因組的抗病基為對象構(gòu)建了147個(gè)VIGS沉默載體，覆蓋番茄Heinz1706中81個(gè)抗病基因亞家族的64個(gè)，為未來番茄抗病基因的克隆提供了新的途徑。
　　雖然茄科物種間抗病基因數(shù)目有巨大的差異（如野生辣椒Chiltepin中有2，042個(gè)抗病基因而栽培番茄Heinz1706只有463

4、個(gè)），但是各個(gè)物種內(nèi)抗病基因亞家族的數(shù)目卻差不多（如野生辣椒Chiltepin和栽培番茄Heinz1706分別包含83和81個(gè)抗病基因亞家族）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，茄科物種間抗病基因數(shù)目的差異主要是由一些大的抗病基因亞家族造成，例如辣椒中22個(gè)大的抗病基因亞家族包含全基因組約80％的抗病基因，其中在辣椒Zunla-1和辣椒Chiltepin中最大的5個(gè)抗病基因亞家族(Rpi-blb2、BS2、SL-0273、Sw5-c和I2)分別包含832

5、(50.0％)和1，027(50.3％)個(gè)抗病基因同源體，而這5個(gè)抗病基因亞家族在番茄Heinz1706、番茄LA716和煙草TN90卻只含有84(18.1％)、95(19.6％)和73(19.5％)個(gè)抗病基因同源體。辣椒中最大的兩個(gè)抗病基因亞家族（Rpi-blb2和BS2）在辣椒屬和茄屬內(nèi)所包含的抗病基因同源體數(shù)目相差巨大，例如BS2抗病基因亞家族在兩個(gè)辣椒基因組內(nèi)共包含626個(gè)同源體，但是在番茄和馬鈴薯內(nèi)只包含10個(gè)同源體。進(jìn)一步分

6、析發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)抗病基因亞家族的大部分同源體在茄科物種內(nèi)沒有序列交換，表明它們獨(dú)立進(jìn)化。
　　抗病基因位點(diǎn)I2/R3在茄科內(nèi)是個(gè)抗病基因聚集的熱點(diǎn)，很多抗病基因被定位在此位點(diǎn)，其中包括番茄中的Ty-2、SM，馬鈴薯中的R3、R6和R7等和辣椒中的L。在本研究中，抗病基因Ty-2定位區(qū)間的一側(cè)被定位在標(biāo)記M-148200(51.63Mb)。該位點(diǎn)內(nèi)的I2抗病基因亞家族在番茄Heinz1706和馬鈴薯DM1-3內(nèi)分別包含36和71條同源體

7、，數(shù)目相差近兩倍。這兩個(gè)基因組內(nèi)的大部分I2同源體都分布在11號(hào)染色體長臂近端粒處的幾個(gè)Mb區(qū)域內(nèi)。根據(jù)該位點(diǎn)內(nèi)的I2同源體的分布，可以進(jìn)一步將該位點(diǎn)劃分成9個(gè)亞位點(diǎn)，其中大部分的亞位點(diǎn)在兩個(gè)基因組內(nèi)所包含的I2同源體數(shù)目不同，而且有的亞位點(diǎn)還存在有和無的多態(tài)性。通過序列分析，我們發(fā)現(xiàn)番茄中的I2同源體有TypeⅠ和TypeⅡ兩種典型的進(jìn)化模型，但是馬鈴薯中的I2同源體卻沒有TypeⅡ類進(jìn)化模式。對該位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)、復(fù)制類型和進(jìn)化模型的了

8、解可能為以后從該位點(diǎn)克隆抗病基因提供參考幫助。
　　文獻(xiàn)報(bào)道馬鈴薯中的R3a(I2同源體)可以被miR482切割，但是通過生物信息預(yù)測和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，我們發(fā)現(xiàn)番茄內(nèi)的I2同源體可以被另一個(gè)miRNAs(miR6024)切割，并且可以產(chǎn)生21-nt的tasiRNAs。通過分析十個(gè)物種內(nèi)的miR6024序列，我們推測miR6024是茄科特有的miRNA家族。
　　綜上所述，本研究通過對茄科物種全基因組范圍內(nèi)抗病基因的鑒定、番茄