Parallel and nonparallel genomic responses contribute to herbicide resistance in Ipomoea purpurea, a common agricultural weed.
PLoS Genet · 2020 · 16:e1008593 · PMID 32012153 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
제초제 내성 반복 진화는 별개의 종 또는 유전 계통이 선택에 반응하여 동일한 유전적 해결책을 사용하는 유전적 평행성의 예시로 언급되어 왔다. 그러나 제초제 내성의 유전적 기반을 조사하는 대부분의 연구는 게놈 전체의 변화를 고려하기보다는 제초제가 표적으로 하는 단백질의 잠재적 변화에 초점을 맞추었다. 본 연구에서는 개체군 유전체학 스크리닝과 표적 엑솜 재염기서열 분석을 사용하여 흔한 아침글로리(*Ipomoea purpurea*)에서 글리포세이트 내성의 잠재적 유전적 기반을 밝히고, 반복적인 내성 진화의 근저에 유전적 평행성이 존재하는지 확인하고자 하였다. 우리는 글리포세이트의 표적 단백질인 5-엔올피루빌시키미테-3-인산 합성효소(EPSPS)의 변화와 관련된 증거를 발견하지 못했으며, 대신 선택의 증거를 보이는 다섯 개의 유전체 영역을 확인하였다. 이들 영역 내에서 제초제 해독 관련 유전자들—사이토크롬 P450, ABC 수송체, 그리고 당화효소(glycosyltransferases)—이 풍부하게 존재하며 선택적 스윕의 징후를 보였다. 선택 하에 있는 한 영역은 분석된 모든 내성 개체군에서 평행한 변화를 보이는 반면, 다른 영역들은 분기화의 징후를 나타냈다. 따라서 이 종의 내성에 대한 생리적 메커니즘이 내성 개체군들 사이에서 동일할 가능성이 있음에도 불구하고, 우리는 특정 유전자좌에서 유사한 선택과 분기된 선택 패턴을 모두 발견하였다.ORIGINAL ABSTRACT
The repeated evolution of herbicide resistance has been cited as an example of genetic parallelism, wherein separate species or genetic lineages utilize the same genetic solution in response to selection. However, most studies that investigate the genetic basis of herbicide resistance examine the potential for changes in the protein targeted by the herbicide rather than considering genome-wide changes. We used a population genomics screen and targeted exome re-sequencing to uncover the potential genetic basis of glyphosate resistance in the common morning glory, Ipomoea purpurea, and to determine if genetic parallelism underlies the repeated evolution of resistance across replicate resistant populations. We found no evidence for changes in 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), glyphosate's target protein, that were associated with resistance, and instead identified five genomic regions that showed evidence of selection. Within these regions, genes involved in herbicide detoxification-cytochrome P450s, ABC transporters, and glycosyltransferases-are enriched and exhibit signs of selective sweeps. One region under selection shows parallel changes across all assayed resistant populations whereas other regions exhibit signs of divergence. Thus, while it appears that the physiological mechanism of resistance in this species is likely the same among resistant populations, we find patterns of both similar and divergent selection across separate resistant populations at particular loci.| 저자 | Van Etten, M.; Lee, K. M.; Chang, S. M.; Baucom, R. S. |
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| 저널 | PLoS genetics |
| 권·호·쪽 | 16(2), e1008593 |
| PMID | 32012153 |
| DOI | 10.1534/genetics.118.300831 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; DNA, Plant; Evolution, Molecular; Exome; Genome, Plant; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Ipomoea; Plant Proteins; Plant Weeds; Seeds; Selection, Genetic; Sequence Analysis, DNA; Glyphosate |