Zygnema circumcarinatum UTEX 1559葉緑体ゲノムとミトコンドリアゲノムから陸生植物の進化についての知見が得られた

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J. Exp. Bot..2020 Jun;71(11):3361-3373. 5811179. doi: 10.1093/jxb/eraa149.

Zygnema circumcarinatum UTEX 1559葉緑体ゲノムとミトコンドリアゲノムから陸生植物の進化についての知見が得られた

Zygnema circumcarinatum UTEX 1559 chloroplast and mitochondrial genomes provide insight into land plant evolution.

Lauren M Orton
Elisabeth Fitzek
Xuehuan Feng
W Scott Grayburn
Jeffrey P Mower
Kan Liu
Chi Zhang
Melvin R Duvall
Yanbin Yin

PMID: 32206790 DOI: 10.1093/jxb/eraa149.

抄録

シャロフィルアの葉緑体とミトコンドリアの完全なゲノムは、陸上植物の陸上化に新たな光を与えている。本研究では、Zygnema circumcarinatum株UTEX 1559のオルガネラゲノムと、葉緑藻、茶葉藻（UTEX 1559とその近縁種であるSAG 698-1aを含む）、胚葉藻の33の葉緑体ゲノムと18のミトコンドリアゲノムの比較ゲノム調査を行った結果を報告する。遺伝子の有無は、これらのプラストームと分裂体の間で決定された。UTEX 1559 (157 548 bp)とSAG 698-1a (165 372 bp)のプラストームを比較すると、遺伝子内容は非常に類似しているが、ゲノムの再配列がかなり見られた。驚くべきことに、2つのプラストームは85.69%の塩基配列同一性しか共有していない。UTEX 1559のマイトゲノムのサイズは215 954 bpであり、すべてのチャロフィータの中で最大である。興味深いことに、この大きなマイトゲノームは、他のオルガネラゲノムとの相同性のない50kbの領域を含み、2つの86bpの直接リピートに挟まれ、15個のORFを含む。これらのORFは、プリマーゼ、RNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼなどの機能を持つ細菌や植物のタンパク質との相同性が高い。(i)以前に発表されたSAG 698-1aプラストームは、おそらく別のZygnema種のものであること、(ii)UTEX 1559マイトゲノムの50kb領域は、移動要素として最近獲得されたものである可能性があることが結論づけられた。

The complete chloroplast and mitochondrial genomes of Charophyta have shed new light on land plant terrestrialization. Here, we report the organellar genomes of the Zygnema circumcarinatum strain UTEX 1559, and a comparative genomics investigation of 33 plastomes and 18 mitogenomes of Chlorophyta, Charophyta (including UTEX 1559 and its conspecific relative SAG 698-1a), and Embryophyta. Gene presence/absence was determined across these plastomes and mitogenomes. A comparison between the plastomes of UTEX 1559 (157 548 bp) and SAG 698-1a (165 372 bp) revealed very similar gene contents, but substantial genome rearrangements. Surprisingly, the two plastomes share only 85.69% nucleotide sequence identity. The UTEX 1559 mitogenome size is 215 954 bp, the largest among all sequenced Charophyta. Interestingly, this large mitogenome contains a 50 kb region without homology to any other organellar genomes, which is flanked by two 86 bp direct repeats and contains 15 ORFs. These ORFs have significant homology to proteins from bacteria and plants with functions such as primase, RNA polymerase, and DNA polymerase. We conclude that (i) the previously published SAG 698-1a plastome is probably from a different Zygnema species, and (ii) the 50 kb region in the UTEX 1559 mitogenome might be recently acquired as a mobile element.