BSA-Seqによる候補ヘシアンハエ（）遺伝子の発見と機能解析

BSA-Seq Discovery and Functional Analysis of Candidate Hessian Fly () Genes.

• Lucio Navarro-Escalante
• Chaoyang Zhao
• Richard Shukle
• Jeffrey Stuart

抄録

Hessian fly (HF, ) は、小麦 ( spp.) に寄生する植物捕食性の寄生虫で、ゲノムの 7%は、HF の幼虫の唾液腺に転写されたシグナルペプチドエンコード遺伝子から構成されています。そのゲノムの7％は、HFの幼虫の唾液腺で転写される高度に多様なシグナルペプチドをコードする遺伝子で構成されている。これらの観察から、これらの遺伝子は、基底小麦免疫を抑制し、小麦の発達を胆汁形成に向けてリダイレクトするために小麦細胞に注入されるエフェクタータンパク質をコードしていることが示唆されている。遺伝子マッピングにより、これらの遺伝子のうち4つの異なる抵抗性()遺伝子を有する植物では、4つの変異がHF幼虫の生存（病原性）と関連していることが決定されている。ここでは、全ゲノム再配列（BSA-seq）と組み合わせたバルク分割解析を用いて、この研究ラインをさらに追求した。小麦の遺伝子に対する病原性を調べた。病原性に関連する変異は以前にマッピングされていた。そこで、圃場由来のHF集団を用いて、BSA-seqを用いて病原性をマッピングする能力を試験した。これは、構造化されていないHF集団を用いてHFの病原性のマッピングを行った初めての試みであった。構造化された実験室集団を用いて、BSA-seqを行ったところ、2つの候補エフェクターコード遺伝子の変異と病原性が関連していた。実験室の集団を用いて、以前には、病原性はHFオートソーム2のセントロメアにまたがる領域に位置していたが、BSA-seqにより、病原性は、HFオートソーム2のセントロメアにまたがる領域に位置していた。BSA-seqにより、同一染色体上の1.3Mbの断片にまで病原性が分解されたが、変異候補の同定には至らなかった。次に、マップベースの候補エフェクターを、細菌のIII型分泌系である植物細胞に送達した。これらの実験により、コムギの遺伝子への病原性に関連する遺伝子が、植物免疫を抑制することが可能であることが示された。結果は、HFsが小麦上で生存する能力の根底にエフェクタータンパク質があるという仮説と一致している。

The Hessian fly (HF, ) is a plant-galling parasite of wheat ( spp.). Seven percent of its genome is composed of highly diversified signal-peptide-encoding genes that are transcribed in HF larval salivary glands. These observations suggest that they encode effector proteins that are injected into wheat cells to suppress basal wheat immunity and redirect wheat development towards gall formation. Genetic mapping has determined that mutations in four of these genes are associated with HF larval survival (virulence) on plants carrying four different resistance () genes. Here, this line of investigation was pursued further using bulked-segregant analysis combined with whole genome resequencing (BSA-seq). Virulence to wheat genes , and was examined. Mutations associated with virulence had been mapped previously. Therefore, we used to test the capacity of BSA-seq to map virulence using a field-derived HF population. This was the first time a non-structured HF population had been used to map HF virulence. virulence had not been mapped previously. Using a structured laboratory population, BSA-seq associated virulence with mutations in two candidate effector-encoding genes. Using a laboratory population, virulence was previously positioned in a region spanning the centromere of HF autosome 2. BSA-seq resolved virulence to a 1.3 Mb fragment on the same chromosome but failed to identify candidate mutations. Map-based candidate effectors were then delivered to plant cells the type III secretion system of bacteria. These experiments demonstrated that the genes associated with virulence to wheat genes and are capable of suppressing plant immunity. Results are consistent with the hypothesis that effector proteins underlie the ability of HFs to survive on wheat.

Copyright © 2020 Navarro-Escalante, Zhao, Shukle and Stuart.