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トウモロコシにおけるステンボーラー卵に誘導された間接防御形質のゲノムワイドな関連性解析
Genome wide association analysis of a stemborer egg induced "call-for-help" defence trait in maize.
PMID: 32641801 PMCID: PMC7343780. DOI: 10.1038/s41598-020-68075-2.
抄録
三栄養相互作用により、植物は草食から身を守るために天敵を勧誘することができる。ここでは、トウモロコシZea mays (L.) (Poaceae)において、茎葉の産卵に対する誘導反応の遺伝的多様性を調べた。トウモロコシの遺伝子型146種を対象にゲノムワイドアソシエーション研究（GWAS）を実施した。寄生性スズメバチ Cotesia sesamiae (Cameron) (Hymenoptera: Braconidae) (Hymenoptera: Braconidae) の卵に曝露した植物から採取した揮発性物質に対する寄生性スズメバチ Cotesia sesamiae (Cameron) (Hymenoptera: Braconidae) の誘引力を測定するバイオアッセイで、植物の表現型を決定した。GWASのためのトウモロコシの生殖形質SNPデータを生成するために、ジェノタイピング-バイ-シーケンスを使用した。卵誘発性寄生虫誘引形質は、改良近交系や交配系よりもランドレースの方が一般的であった。GWASでは101のマーカー-trait association（MTA）が同定されたが、そのいくつかはJA防御経路に関与する遺伝子（opr7, aos1, 2, 3）、テルペン生合成（fps3, tps2, 3, 4, 5, 7, 9, 10）、ベンゾオキサジノン合成（bx7, 9）、および既知の抵抗性遺伝子（例：トウモロコシ昆虫抵抗性1, mir1）に隣接するものであった。興味深いことに、エッグエリシターの受容体として機能する可能性のある膜貫通型プロテインキナーゼや、初期の植物防御シグナルに関与する他の遺伝子との関連も見られた。間接防御に関連するトウモロコシのゲノム領域を報告し、トウモロコシにおけるトリトロフィック相互作用の将来の研究のための貴重なリソースを提供する。特定されたマーカーは、トウモロコシの育種者による間接防御の選択を容易にする可能性がある。
Tritrophic interactions allow plants to recruit natural enemies for protection against herbivory. Here we investigated genetic variability in induced responses to stemborer egg-laying in maize Zea mays (L.) (Poaceae). We conducted a genome wide association study (GWAS) of 146 maize genotypes comprising of landraces, inbred lines and commercial hybrids. Plants were phenotyped in bioassays measuring parasitic wasp Cotesia sesamiae (Cameron) (Hymenoptera: Braconidae) attraction to volatiles collected from plants exposed to stemborer Chilo partellus (Swinhoe) (Lepidoptera: Crambidae) eggs. Genotyping-by-sequencing was used to generate maize germplasm SNP data for GWAS. The egg-induced parasitoid attraction trait was more common in landraces than in improved inbred lines and hybrids. GWAS identified 101 marker-trait associations (MTAs), some of which were adjacent to genes involved in the JA-defence pathway (opr7, aos1, 2, 3), terpene biosynthesis (fps3, tps2, 3, 4, 5, 7, 9, 10), benzoxazinone synthesis (bx7, 9) and known resistance genes (e.g. maize insect resistance 1, mir1). Intriguingly, there was also association with a transmembrane protein kinase that may function as a receptor for the egg elicitor and other genes implicated in early plant defence signalling. We report maize genomic regions associated with indirect defence and provide a valuable resource for future studies of tritrophic interactions in maize. The markers identified may facilitate selection of indirect defence by maize breeders.