2つの家族の物語。全ゲノム重複と分節重複が、Narrow-Leafed Lupin ( L.) のグルタミン合成酵素とホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの多様性を支えていることを明らかにした

A Tale of Two Families: Whole Genome and Segmental Duplications Underlie Glutamine Synthetase and Phosphoenolpyruvate Carboxylase Diversity in Narrow-Leafed Lupin ( L.).

• Katarzyna B Czyż
• Michał Książkiewicz
• Grzegorz Koczyk
• Anna Szczepaniak
• Jan Podkowiński
• Barbara Naganowska

抄録

狭葉植物のルパン（L.）は、近年、高度なゲノム資源が供給され、マメ科の分子進化研究のモデルとして知られるようになった。このモデル種は、窒素同化や一次代謝に関与する遺伝子に関する知識を向上させ、マメ科植物の進化史の理解に新たな貢献をすることができる。本研究では、グルタミン合成酵素（グルタミン合成酵素）とホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ）の２つの狭葉植物ルパン遺伝子ファミリーの複合的な特徴を明らかにした。本研究では、遺伝子構造の比較分析とシンテニーに基づいたアプローチを、系統的な再構成と遺伝子ファミリーと種の歴史の再構成とを組み合わせて、両ファミリーの多様性の根底にある事象を調べることを目的としている。これまでに得られた証拠を用いて、解析された遺伝子ファミリーの初期補数に重複が与える影響を示し、重複の機能はほぼ維持されていることを明らかにした。より広い視野から見た場合、我々の結果は、ゲノム全体の重複・三重化イベントがジェニストイド系に影響を与えていることを示唆する以前の知見を裏付けるものであった。

Narrow-leafed lupin ( L.) has recently been supplied with advanced genomic resources and, as such, has become a well-known model for molecular evolutionary studies within the legume family-a group of plants able to fix nitrogen from the atmosphere. The phylogenetic position of lupins in Papilionoideae and their evolutionary distance to other higher plants facilitates the use of this model species to improve our knowledge on genes involved in nitrogen assimilation and primary metabolism, providing novel contributions to our understanding of the evolutionary history of legumes. In this study, we present a complex characterization of two narrow-leafed lupin gene families-glutamine synthetase () and phosphoenolpyruvate carboxylase (). We combine a comparative analysis of gene structures and a synteny-based approach with phylogenetic reconstruction and reconciliation of the gene family and species history in order to examine events underlying the extant diversity of both families. Employing the available evidence, we show the impact of duplications on the initial complement of the analyzed gene families within the genistoid clade and posit that the function of duplicates has been largely retained. In terms of a broader perspective, our results concerning and gene families corroborate earlier findings pointing to key whole genome duplication/triplication event(s) affecting the genistoid lineage.