トランスポゾンを介したテロメア不安定化：いもち病菌におけるゲノム進化の推進因子

Transposon-mediated telomere destabilization: a driver of genome evolution in the blast fungus.

• Mostafa Rahnama
• Olga Novikova
• John H Starnes
• Shouan Zhang
• Li Chen
• Mark L Farman

抄録

いもち病菌Magnaporthe oryzaeは、イネや小麦などの農作物や様々なイネ科植物に壊滅的な病害を引き起こす。イネ科植物のいもち病菌は、染色体末端の再配列が頻繁に起こる不安定性が高く、テロメアにレトロトランスポゾン（Magnaporthe oryzae Telomeric Retrotransposons-MoTeRs）が挿入されていることが関係していると考えられている。本研究の目的は、MoTeRがテロメアの不安定性を促進するメカニズムを明らかにすることであった。親テロメアおよび新規テロメア制限断片(TRF)のクローニング、マッピング、配列決定、およびゲノムDNAのMinION配列決定を行った結果、新たに形成された109個のTRFの基礎となる正確な分子変化を記録することができた。これらには、サブターミナルrDNA配列の切り捨て、「プレーン」テロメアによるMoTeR挿入の獲得、MAGGYレトロトランスポゾンのMoTeRアレイへの挿入、MoTeRに依存しないサブテロメアタンデムリピートの拡張と収縮、MoTeRの統合中に生成される間質テロメア管の切断を介して開始される様々な再配列が含まれています。全体として、解析した染色体の約60％（テロメアの3本に1本）で変化が起きていると推定しています。最も重要なことは、トランスポゾンが非常に高い頻度でゲノムの変化を促進し、染色体全体の構造と機能への付随的なダメージを最小限に抑えながらゲノムの進化を促進することができる全く新しいメカニズムを明らかにしたことである。

The fungus Magnaporthe oryzae causes devastating diseases of crops, including rice and wheat, and in various grasses. Strains from ryegrasses have highly unstable chromosome ends that undergo frequent rearrangements, and this has been associated with the presence of retrotransposons (Magnaporthe oryzae Telomeric Retrotransposons-MoTeRs) inserted in the telomeres. The objective of the present study was to determine the mechanisms by which MoTeRs promote telomere instability. Targeted cloning, mapping, and sequencing of parental and novel telomeric restriction fragments (TRFs), along with MinION sequencing of genomic DNA allowed us to document the precise molecular alterations underlying 109 newly-formed TRFs. These included truncations of subterminal rDNA sequences; acquisition of MoTeR insertions by 'plain' telomeres; insertion of the MAGGY retrotransposons into MoTeR arrays; MoTeR-independent expansion and contraction of subtelomeric tandem repeats; and a variety of rearrangements initiated through breaks in interstitial telomere tracts that are generated during MoTeR integration. Overall, we estimate that alterations occurred in approximately sixty percent of chromosomes (one in three telomeres) analyzed. Most importantly, we describe an entirely new mechanism by which transposons can promote genomic alterations at exceptionally high frequencies, and in a manner that can promote genome evolution while minimizing collateral damage to overall chromosome architecture and function.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.