Glyphosate Resistance and EPSPS Gene Duplication: Convergent Evolution in Multiple Plant Species.
J Hered · 2018 · 109:117-125 · PMID 29040588 · 등급7 종설·논평 종설 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 사람
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제초제 글리포세이트에 대한 내성의 증가하는 광범위한 메커니즘 중 하나는 5-엔올피루빌시키미테-3-인산 합성효소(EPSPS) 유전자의 복제수 변이(CNV)이다. EPSPS 유전자 증폭은 8종의 잡초에서 보고되었으며, 이는 3~5개의 추가 사본부터 150개 이상의 추가 사본에 이르기까지 다양하다. 팔머 아마란스(Amaranthus palmeri)의 경우, EPSPS와 다른 많은 유전자를 포함하는 >300 kb 영역이 복제되어 게놈 전반의 새로운 위치에 삽입되었으며, 이는 전체 게놈 크기의 현저한 증가를 초래하였다. 이 복제된 서열에는 헬리트론(helitrons)을 포함한 여러 종류의 이동성 유전 요소가 포함되어 있어, EPSPS를 포함하는 서열의 염색체 외 복제의 흥미로운 가능성을 제기한다. 코키아(Kochia scoparia)에서는 한 위치에 3개에서 10개가 넘는 추가 EPSPS 사본이 테난 증폭 형태로 배열되어 있다. EPSPS 유전자 증폭을 보이는 나머지 6종의 잡초에서는 유전자 증폭의 근본적인 메커니즘이나 전체 서열에 대해 알려진 바가 적다. 적응성 유전자 증폭이 강한 인간 매개 선택압에 직면하여 중요한 진화 양식이라는 증거가 축적되고 있다. 최소 2가지 다른 메커니즘을 통해 잡초에서 글리포세이트 내성을 위한 CNV의 수렴적 진화는 식물에서 이러한 적응 메커니즘이 더 일반적인 중요성을 가질 수 있음을 시사할 수 있다. CNV는 생물학적 및 비생물학적 스트레스에 대한 적응을 위해 식물의 기능 유전체 전반에 걸쳐 추가 조사가 필요하며, 특히 빠른 시간 척도에서의 적응 진화를 위한 연구가 요구된다.ORIGINAL ABSTRACT
One of the increasingly widespread mechanisms of resistance to the herbicide glyphosate is copy number variation (CNV) of the 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) gene. EPSPS gene duplication has been reported in 8 weed species, ranging from 3 to 5 extra copies to more than 150 extra copies. In the case of Palmer amaranth (Amaranthus palmeri), a section of >300 kb containing EPSPS and many other genes has been replicated and inserted at new loci throughout the genome, resulting in significant increase in total genome size. The replicated sequence contains several classes of mobile genetic elements including helitrons, raising the intriguing possibility of extra-chromosomal replication of the EPSPS-containing sequence. In kochia (Kochia scoparia), from 3 to more than 10 extra EPSPS copies are arranged as a tandem gene duplication at one locus. In the remaining 6 weed species that exhibit EPSPS gene duplication, little is known about the underlying mechanisms of gene duplication or their entire sequence. There is mounting evidence that adaptive gene amplification is an important mode of evolution in the face of intense human-mediated selection pressure. The convergent evolution of CNVs for glyphosate resistance in weeds, through at least 2 different mechanisms, may be indicative of a more general importance for this mechanism of adaptation in plants. CNVs warrant further investigation across plant functional genomics for adaptation to biotic and abiotic stresses, particularly for adaptive evolution on rapid time scales.| 저자 | Patterson, E. L.; Pettinga, D. J.; Ravet, K.; Neve, P.; Gaines, T. A. |
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| 저널 | The Journal of heredity |
| 권·호·쪽 | 109(2), 117-125 |
| PMID | 29040588 |
| DOI | 10.1093/jhered/esx087 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Amaranthus; Bassia scoparia; Evolution, Molecular; Gene Amplification; Gene Duplication; Genes, Plant; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Plants; Poaceae; Glyphosate |