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Deciphering the Mechanism of Glyphosate Resistance in Amaranthus palmeri by Cytogenomics.
Cytogenet Genome Res · 2021 · 161:578-584 · PMID 35021177 · 등급7 종설·논평 종설 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 수생생물
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
농업에서는 잡초 방제를 위해 다양한 화학 물질이 사용된다. 그중 글리포세이트는 잡초 방제를 위해 글리포세이트 저항성 작물 재배에 필수적으로 사용되는 중요한 제초제이다. 글리포세이트의 과다 사용은 글리포세이트 저항성 잡초의 진화를 초래한다. 아마란투스 팔메리(AP)에서의 글리포세이트 저항성(GR)의 진화는 미국에서 심각한 우려 사항이다. AP에서 GR의 메커니즘을 조사한 결과, 5-엔올피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS) 유전자 증폭이 우세한 여러 저항성 메커니즘이 확인되었다. GR AP에 대한 분자 분석은 글리포세이트 감수성(GS) 개체군에 비해 EPSPS 유전자의 사본 수가 5배에서 >160배 증가했음을 확인하였다. 이 증가된 EPSPS 유전자 사본 수는 GS AP의 게놈 크기와 비교하여 사본 수에 따라 3.5%에서 11.8% 범위로 게놈 크기를 증가시켰다. 박테리아 인공 염색체(BACs)에서 유래한 399kb EPSPS 카세트를 프로브로 사용한 FISH 분석은 GR AP의 증폭된 EPSPS 사본이 염색체 내 고유 사본 외에도 세포질성 원형 DNA(eccDNA)에 존재함을 확인하였다. 크기가 약 400kb인 EPSPS 유전자 함유 eccDNA는 EPSPS-eccDNA로 명명되었으며, 크기와 사본 수에서 체세포 모자이시즘을 보였다. EPSPS-eccDNA는 세포 분열 또는 생식세포 형성 중에 무작위로 유사분열 또는 감수분열 염색체에 부착되는 유전적 메커니즘을 가지며, 딸세포나 후대에 사본 수 변이를 생성하여 유전된다. 이러한 eccDNA는 독립적으로 복제하고 존재할 수 있는 안정적인 유전 요소이다. EPSPS 자리와 인접 영역의 게놈 특성 분석은 반복 서열과 이동성 유전 요소들의 복잡한 배열이 존재함을 확인하였다. EPSPS-eccDNA의 생물학적 이해를 위한 세포유전체학적 접근 방식은 AP에서 GR을 촉진하는 EPSPS-eccDNA의 다양한 특성을 밝혀준다.
ORIGINAL ABSTRACT
In agriculture, various chemicals are used to control the weeds. Out of which, glyphosate is an important herbicide invariably used in the cultivation of glyphosate-resistant crops to control weeds. Overuse of glyphosate results in the evolution of glyphosate-resistant weeds. Evolution of glyphosate resistance (GR) in Amaranthus palmeri (AP) is a serious concern in the USA. Investigation of the mechanism of GR in AP identified different resistance mechanisms of which 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) gene amplification is predominant. Molecular analysis of GR AP identified the presence of a 5- to >160-fold increase in copies of the EPSPS gene than in a glyphosate-susceptible (GS) population. This increased copy number of the EPSPS gene increased the genome size ranging from 3.5 to 11.8%, depending on the copy number compared to the genome size of GS AP. FISH analysis using a 399-kb EPSPS cassette derived from bacterial artificial chromosomes (BACs) as probes identified that amplified EPSPS copies in GR AP exist in extrachromosomal circular DNA (eccDNA) in addition to the native copy in the chromosome. The EPSPS gene-containing eccDNA having a size of ∼400 kb is termed EPSPS-eccDNA and showed somatic mosacism in size and copy number. EPSPS-eccDNA has a genetic mechanism to tether randomly to mitotic or meiotic chromosomes during cell division or gamete formation and is inherited to daughter cells or progeny generating copy number variation. These eccDNAs are stable genetic elements that can replicate and exist independently. The genomic characterization of the EPSPS locus, along with the flanking regions, identified the presence of a complex array of repeats and mobile genetic elements. The cytogenomics approach in understanding the biology of EPSPS-eccDNA sheds light on various characteristics of EPSPS-eccDNA that favor GR in AP.
저자Koo, D. H.; Sathishraj, R.; Friebe, B.; Gill, B. S.
저널Cytogenetic and genome research
권·호·쪽161(12), 578-584
PMID35021177
DOI10.1159/000521409
MeSH3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Amaranthus; Cytogenetics; DNA Copy Number Variations; Genome, Plant; Glycine; Herbicide Resistance; Plant Weeds; Glyphosate
APA 7판
Koo, D. H., Sathishraj, R., Friebe, B., & Gill, B. S. (2021). Deciphering the Mechanism of Glyphosate Resistance in Amaranthus palmeri by Cytogenomics. Cytogenet Genome Res, 161(12), 578-584. https://doi.org/10.1159/000521409
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