ウコン科のフィロトランスクリプトーム解析により、複数の全ゲノムの重複と重要な形態学的・分子学的革新が明らかになった

/ /

日本語AIでPubMedを検索

PubMedの提供する医学論文データベースを日本語で検索できます。AI(Deep Learning)を活用した機械翻訳エンジンにより、精度高く日本語へ翻訳された論文をご参照いただけます。

Mol Plant.2020 May;S1674-2052(20)30146-5. doi: 10.1016/j.molp.2020.05.011.Epub 2020-05-20.

ウコン科のフィロトランスクリプトーム解析により、複数の全ゲノムの重複と重要な形態学的・分子学的革新が明らかになった

Phylotranscriptomics in Cucurbitaceae Reveal Multiple Whole-Genome Duplications and Key Morphological and Molecular Innovations.

Jing Guo
Weibin Xu
Yi Hu
Jie Huang
Yiyong Zhao
Lin Zhang
Chien-Hsun Huang
Hong Ma

PMID: 32445889 DOI: 10.1016/j.molp.2020.05.011.

抄録

光合成のためにキャノピーに到達するために他の植物に沿って上向きに成長する登攀植物の能力は、開花植物の重要な革新として仮説が立てられています。ウコン科の植物の多くは、約1000種の種を含み、多くの重要な作物を栽培しているが、そのほとんどが登攀植物であり、特徴的な樹枝やペポ果実を持っている。ここでは、新たに配列決定された127種のトランスクリプトームとゲノムを他のデータと合わせて、全部族を代表する136種のウコンについて、8つの主要なクラッドを含む強固なウコン科の系統を確立した。全ゲノム重複、多様化ダイナミクス、祖先形態を解析した結果、初期のゲノム重複の後、始新世の最適気候下で花、果実、根の特徴の多様化と形態学的革新が起こったことを明らかにした。また、始新世中期気候最適期の種放射は、80％のキュウリに共通する形態的変化と一致していた。その結果、キュウリ固有のテンドリル同一性遺伝子TENは、キュウリ科の起源における古多型化に由来することを発見した。本研究の結果は、古気候変動下での形質学的革新とポリポロイド化に伴う遺伝的多様性の増加によって、キュウリの多様化が促進されたのではないかとの仮説を支持するものであった。本研究は、系統的な枠組みを提供するとともに、ウコン科の適応進化の根底にある形態学的・ゲノム学的変化についての新たな知見を提供するものである。

The ability of climbing plants to grow upward along others to reach the canopy for photosynthesis is hypothesized as a key innovation in flowering plants. Most members of the Cucurbitaceae, a family containing ∼1000 species and many important crops, are climbers and have characteristic tendrils and pepo fruits. Here, we present 127 newly sequenced transcriptomes and genomes along with other datasets for a total of 136 cucurbits representing all tribes to establish a robust Cucurbitaceae phylogeny containing eight highly resolved major clades. We analyzed whole-genome duplication, diversification dynamics, and ancestral morphologies, and found that after early genome duplication event(s), a burst of diversification and morphological innovations in flower, fruit, and root characters occurred under the climate optimum in the Early Eocene. Species radiation during the Mid-Eocene Climatic Optimum also coincided with several morphological changes shared by 80% of cucurbits. We found that the cucurbit-specific tendril identity gene TEN originated from a paleo-polyploidization event at the origin of the family. Our results support the hypothesis that cucurbit diversifications were probably driven by increased genetic diversity following polyploidizations and by trait morphological innovations under paleo-climate upheavals. Our study provides a phylogenetic framework and new insights into morphological and genomic changes underlying the adaptive evolution of Cucurbitaceae.