Aneusomaty in glyphosate-resistant Amaranthus palmeri and its hybrid with Amaranthus tuberculatus.
Genes Genomics · 2025 · 47:953-960 · PMID 40707770 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 수생생물 · 제형(GBH)
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배경: 글리포세이트[N-(phosphonomethyl) Glycine]는 흔히 라운드업으로 알려져 있으며 작물 잡초 방제에 가장 널리 사용되는 제초제 중 하나이다. 그러나 그 광범위한 사용은 표적 유전자 EPSPS(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase)의 증폭을 통해 글리포세이트 저항성(GR) 잡초 개체군의 빠른 진화를 초래하였으며, 때로는 염색체 이상을 동반하기도 한다. 목적: 본 연구는 GR *Amaranthus palmeri*와 그와 *A. tuberculatus* 간의 종간 교잡종에서 나타나는 비정상적인 염색체 수(aneusomaty)의 발생 및 특성을 조사하였다. 방법: 형광 제자리 혼성화(FISH)를 이용하여 *A. palmeri*의 글리포세이트 저항성과 비정상적 염색체 수를 세포학적으로 특성화하였다. 결과: GR *A. palmeri*와 그와 *A. tuberculatus* 간의 교잡종에서 비정상적 염색체 수가 관찰되었다. 단일 GR *A. palmeri* 식물의 뿌리 끝에서는 2n = 34와 2n = 68이라는 두 가지 뚜렷한 염색체 수를 보였다. 유사하게, F1 교잡종의 뿌리 끝 [A. tuberculatus (2n = 32) x A. palmeri (2n = 34)]에서는 2n = 33과 2n = 66을 나타냈다. F1 교잡종으로부터 무성생식으로 유래한 유사 F2 식물은 일관되게 2n = 50의 염색체 수를 보였다. 5 S rDNA 자리 표적 FISH를 이용하여 F1 및 유사 F2 식물에서 *A. palmeri*와 *A. tuberculatus*의 게놈을 구별하였다. 유사 F2 식물 (2n = 50)은 *A. palmeri*의 이배체 염색체 세트 (2n = 34)와 *A. tuberculatus*의 반수체 염색체 세트 (n = 16)를 포함하고 있었다. 주목할 점은 이러한 산발적인 염색체 증가는 글리포세이트 저항성(GR) 식물에서만 발생하였고, 글리포세이트 민감성(GS) 식물에서는 나타나지 않았다는 것이다. 결론: 본 연구 결과는 포자체 단계 동안의 비정상적 염색체 수 증가가 EPSPS 유전자 중복을 촉진할 수 있으며, 이는 *A. palmeri*에서 글리포세이트 저항성에 기여하는 이전에 알려지지 않은 메커니즘을 제공함을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Glyphosate [N-(phosphonomethyl) Glycine], commonly known as Roundup, is one of the most widely used herbicides for controlling crop weeds. However, its extensive use has led to the rapid evolution of glyphosate-resistant (GR) weed populations, often via amplification of the target gene EPSPS (5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase), sometimes accompanied by chromosomal abnormalities. OBJECTIVE: This study investigates the occurrence and characteristics of aneusomaty in GR Amaranthus palmeri and its interspecific hybrids with A. tuberculatus. METHODS: Fluorescence in situ hybridization (FISH) was used to cytologically characterize glyphosate resistance and aneusomaty in A. palmeri. RESULTS: Aneusomaty was observed in GR A. palmeri and its hybrids with A. tuberculatus. Root tips from a single GR A. palmeri plant exhibited two distinct chromosome numbers: 2n = 34 and 2n = 68. Similarly, F1 hybrid root tips [A. tuberculatus (2n = 32) x A. palmeri (2n = 34)] displayed 2n = 33 and 2n = 66. The pseudo F2 plants, apomictically derived from F1 hybrids, consistently showed 2n = 50 chromosomes. FISH targeting 5 S rDNA loci, was used to distinguish the genomes of A. palmeri and A. tuberculatus in the F1 and pseudo F2 plants. The pseudo F2 plants (2n = 50) contained the diploid chromosome set of A. palmeri (2n = 34) and the haploid chromosome set of A. tuberculatus (n = 16). Notably, these sporadic chromosome duplications occurred only in glyphosate-resistant (GR) plants and were absent in glyphosate-sensitive (GS) plants. CONCLUSION: Our results suggest that aneusomaty-related increases in chromosome numbers during the sporophytic phase may facilitate EPSPS gene duplication, offering a previously unrecognized mechanism contributing to glyphosate resistance in A. palmeri.| 저자 | Ju, Y.; Sathishraj, R.; Gill, B. S.; Koo, D. H. |
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| 저널 | Genes & genomics |
| 권·호·쪽 | 47(9), 953-960 |
| PMID | 40707770 |
| DOI | 10.1038/cr.1994.7 |
| MeSH | Amaranthus; Glyphosate; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Chromosomes, Plant; Plant Weeds; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; In Situ Hybridization, Fluorescence; Aneuploidy; Hybridization, Genetic |