茄科物種全基因組抗病基因鑒定及其進化分析.pdf

1、隨著測序技術的快速發(fā)展，近年來多個茄科物種的基因組數據相繼被釋放，這為全基因組范圍鑒定抗病基因和物種間比較基因組學的應用提供了平臺。植物中大部分(80％)抗病基因屬于NBS-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NBS-LRR類抗病基因。相比已報道的結果，本研究從番茄Heinz1706和馬鈴薯DM1-3中鑒定出69和397個新抗病基因。辣椒基因組內（尤其是野生辣椒Chiltepin）的抗病基因數目在已報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抗病基因(＞92％)劃分到了87個抗病基因亞家族中，其中16個亞家族為TIR-NBS-LRR

3、(TNL)類，71個為non-TNL(nTNL)類。分析表明，TNL類抗病基因家族的基因結構較nTNL類抗病基因亞家族的基因結構更保守。本研究以番茄基因組的抗病基為對象構建了147個VIGS沉默載體，覆蓋番茄Heinz1706中81個抗病基因亞家族的64個，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目有巨大的差異（如野生辣椒Chiltepin中有2，042個抗病基因而栽培番茄Heinz1706只有463

4、個），但是各個物種內抗病基因亞家族的數目卻差不多（如野生辣椒Chiltepin和栽培番茄Heinz1706分別包含83和81個抗病基因亞家族）。進一步分析發(fā)現，茄科物種間抗病基因數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％)個抗病基因同源體，而這5個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％)個抗病基因同源體。辣椒中最大的兩個抗病基因亞家族（Rpi-blb2和BS2）在辣椒屬和茄屬內所包含的抗病基因同源體數目相差巨大，例如BS2抗病基因亞家族在兩個辣椒基因組內共包含626個同源體，但是在番茄和馬鈴薯內只包含10個同源體。進一步分

6、析發(fā)現這兩個抗病基因亞家族的大部分同源體在茄科物種內沒有序列交換，表明它們獨立進化。
　　抗病基因位點I2/R3在茄科內是個抗病基因聚集的熱點，很多抗病基因被定位在此位點，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)間的一側被定位在標記M-148200(51.63Mb)。該位點內的I2抗病基因亞家族在番茄Heinz1706和馬鈴薯DM1-3內分別包含36和71條同源體

7、，數目相差近兩倍。這兩個基因組內的大部分I2同源體都分布在11號染色體長臂近端粒處的幾個Mb區(qū)域內。根據該位點內的I2同源體的分布，可以進一步將該位點劃分成9個亞位點，其中大部分的亞位點在兩個基因組內所包含的I2同源體數目不同，而且有的亞位點還存在有和無的多態(tài)性。通過序列分析，我們發(fā)現番茄中的I2同源體有TypeⅠ和TypeⅡ兩種典型的進化模型，但是馬鈴薯中的I2同源體卻沒有TypeⅡ類進化模式。對該位點基因結構、復制類型和進化模型的了

8、解可能為以后從該位點克隆抗病基因提供參考幫助。
　　文獻報道馬鈴薯中的R3a(I2同源體)可以被miR482切割，但是通過生物信息預測和實驗驗證的方法，我們發(fā)現番茄內的I2同源體可以被另一個miRNAs(miR6024)切割，并且可以產生21-nt的tasiRNAs。通過分析十個物種內的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抗病基因的鑒定、番茄