Gene amplification of 5-enol-pyruvylshikimate-3-phosphate synthase in glyphosate-resistant Kochia scoparia.
Planta · 2015 · 241:463-74 · PMID 25366557 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
요약 생성 대기 중입니다.
초록 전문 번역 · gemma4:e4b
현장 진화된 제초제 글리포세이트에 대한 내성은 두 가지 EPSPS 대립유전자 중 하나의 증폭으로 인해 발생하며, 이는 스플라이스 변이체나 다른 경로 유전자에 영향을 주지 않으면서 전사 및 단백질을 증가시킨다. 널리 사용되는 제초제 글리포세이트는 시키미산 경로 효소인 5-엔올피루빌시키미산-3-인산 합성효소(EPSPS)를 억제한다. 전 세계적으로 잡초 방제를 위해 글리포세이트가 집중적으로 사용되면서 31종의 잡초에서 글리포세이트 내성이 선택되었다. 미국 중부 대평원에 위치한 들판에서 의심되는 글리포세이트 내성 코키아 스코파리아(Kochia scoparia) 개체군을 채집하였다. 글리포세이트 용량 반응 검사는 9개 개체군에서 글리포세이트 내성을 확인하였다. 글리포세이트에 대한 내성 메커니즘은 표적 시퀀싱, 정량 PCR, 면역 블롯팅 및 전체 전사체 디노 시퀀싱을 사용하여 EPSPS의 서열과 발현을 특성화함으로써 조사되었다. 서열 분석 결과, 글리포세이트 내성 K. scoparia에서 EPSPS Pro106 코돈의 돌연변이는 관찰되지 않았으나, EPSPS 유전체 복제 수와 전사체 양은 내성 개체가 감수성 개체에 비해 3배에서 10배 증가하였다. 상대적 EPSPS 복제 수가 증가한 글리포세이트 내성 개체는 100 μM 글리포세이트로 처리된 잎 원반에서 시키미산 축적이 일관되게 낮았으며, 유전자 복제 수가 증가한 글리포세이트 내성 개체에서 EPSPS 단백질 수준이 글리포세이트 감수성 개체보다 높았다. RNA 서열 분석 결과, 글리포세이트 감수성 리드에는 두 가지 다른 발현 대립유전자를 가진 7개의 뉴클레오타이드 위치가 나타났다. 그러나 이 7개 위치 중 하나의 뉴클레오타이드는 글리포세이트 내성 서열에서 우세하여, 글리포세이트 내성 개체에서는 두 EPSPS 대립유전자 중 하나만 증폭되었음을 시사하였다. 대체 스플라이싱된 EPSPS 전사체는 검출되지 않았다. 크로리미산 경로의 다른 5개 유전자의 발현은 EPSPS 발현이 증가한 글리포세이트 내성 개체에서 영향을 받지 않았다. 이러한 결과는 증가된 EPSPS 발현이 이 K. scoparia 개체군에서 글리포세이트 내성의 메커니즘임을 나타낸다.ORIGINAL ABSTRACT
Field-evolved resistance to the herbicide glyphosate is due to amplification of one of two EPSPS alleles, increasing transcription and protein with no splice variants or effects on other pathway genes. The widely used herbicide glyphosate inhibits the shikimate pathway enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS). Globally, the intensive use of glyphosate for weed control has selected for glyphosate resistance in 31 weed species. Populations of suspected glyphosate-resistant Kochia scoparia were collected from fields located in the US central Great Plains. Glyphosate dose response verified glyphosate resistance in nine populations. The mechanism of resistance to glyphosate was investigated using targeted sequencing, quantitative PCR, immunoblotting, and whole transcriptome de novo sequencing to characterize the sequence and expression of EPSPS. Sequence analysis showed no mutation of the EPSPS Pro106 codon in glyphosate-resistant K. scoparia, whereas EPSPS genomic copy number and transcript abundance were elevated three- to ten-fold in resistant individuals relative to susceptible individuals. Glyphosate-resistant individuals with increased relative EPSPS copy numbers had consistently lower shikimate accumulation in leaf disks treated with 100 μM glyphosate and EPSPS protein levels were higher in glyphosate-resistant individuals with increased gene copy number compared to glyphosate-susceptible individuals. RNA sequence analysis revealed seven nucleotide positions with two different expressed alleles in glyphosate-susceptible reads. However, one nucleotide at the seven positions was predominant in glyphosate-resistant sequences, suggesting that only one of two EPSPS alleles was amplified in glyphosate-resistant individuals. No alternatively spliced EPSPS transcripts were detected. Expression of five other genes in the chorismate pathway was unaffected in glyphosate-resistant individuals with increased EPSPS expression. These results indicate increased EPSPS expression is a mechanism for glyphosate resistance in these K. scoparia populations.| 저자 | Wiersma, A. T.; Gaines, T. A.; Preston, C.; Hamilton, J. P.; Giacomini, D.; Robin Buell, C.; Leach, J. E.; Westra, P. |
|---|---|
| 저널 | Planta |
| 권·호·쪽 | 241(2), 463-74 |
| PMID | 25366557 |
| DOI | 10.1007/s00425-014-2197-9 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Bassia scoparia; Gene Amplification; Gene Expression Regulation, Plant; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Glyphosate |