Ectopic recombination: a novel mechanism of EPSPS gene amplification in glyphosate-resistant Chloris truncata.
Plant J · 2025 · 124:e70573 · PMID 41236404 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 수생생물
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5-enolpyruvylshikimate-3-P synthase (EPSPS) 유전자의 증폭은 호주에 서식하는 사배체 식물인 *Chloris truncata*에서 제초제 글리포세이트에 대한 내성을 부여한다. 증폭 메커니즘을 연구하기 위해, 감수성이 있는(Ct-S) 생형종과 두 가지 내성(Ct-R1 및 Ct-R2) 생형종의 *C. truncata*에서 EPSPS 유전자의 게놈 구성을 형광 제자리 혼성화(FISH)를 이용하여 조사하였다. FISH 분석 결과, Ct-S 식물에서는 단일 쌍의 상동 염색체의 말단 영역에 희미한 EPSPS 유전자 신호가 검출되었다. 그러나 Ct-R1 및 Ct-R2 식물에서는 각각 세 쌍과 네 쌍의 상동 염색체에서 훨씬 밝은 EPSPS 유전자 혼성화 신호가 검출되었다. 따라서, 이는 본래의 EPSPS 자리에서의 유전자 증폭뿐만 아니라 추가적인 염색체로의 EPSPS 자리 확산이 있었음을 의미한다. 모든 자리는 재조합의 핫스팟인 말단 영역에서 검출되었다. 이러한 국소적 및 이소성(ectopic) EPSPS 증폭은 제초제 내성에 대한 새로운 메커니즘이다. 우리는 감수 분열 중 꽃다발 단계에서 말단들이 모여 꽃다발을 형성하며, 이것이 염색체 간 재조합의 기회를 제공할 수 있다고 가정하며, 이는 간기 핵에서의 FISH 분석에 의해 뒷받침된다. 전반적으로, 유전자 증폭은 두 단계로 일어난 것으로 보인다. 첫째, 불균등 재조합을 통해 본래 자리에서 탠덤(tandem) EPSPS 증폭이 발생하였다. 둘째, 증폭된 자리가 이소성 재조합을 거쳐 Ct-R1 식물에서는 추가적인 두 개의 염색체로, 그리고 Ct-R2 식물에서는 추가적인 세 개의 염색체로 확산되었다.ORIGINAL ABSTRACT
Amplification of 5-enolpyruvylshikimate-3-P synthase (EPSPS) gene confers resistance to the herbicide glyphosate in the tetraploid Chloris truncata in Australia. To study the mechanism of amplification, the genomic organization of the EPSPS gene was investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH) in one susceptible (Ct-S) and two resistant (Ct-R1 and Ct-R2) biotypes of C. truncata. FISH analysis revealed faint signals of the EPSPS gene on the telomeric regions of a single pair of homologous chromosomes in Ct-S plants. However, much brighter hybridization signals of the EPSPS gene were detected on three pairs of homologous chromosomes in Ct-R1 and on four pairs in the Ct-R2 plants. Thus, there was gene amplification on the native EPSPS locus as well as spread of EPSPS loci to additional chromosomes. All loci were detected in terminal regions which are hotspots of recombination. This local as well as ectopic EPSPS amplification to specific regions of chromosomes is a novel mechanism resistance to herbicides. We hypothesize that, during the bouquet stage of meiosis, telomeres come together forming a bouquet and this may provide an opportunity for ectopic recombination, supported by FISH analyses in interphase nuclei. Overall, the gene amplification appears to have occurred in two steps. First, there was tandem EPSPS amplification at the native locus, possibly via unequal recombination. Second, the amplified locus underwent ectopic recombination and spread to two additional chromosomes in Ct-R1 and three additional chromosomes in Ct-R2 plants.| 저자 | Islam, M. M.; Gill, B. S.; Malone, J. M.; Preston, C.; Jugulam, M. |
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| 저널 | The Plant journal : for cell and molecular biology |
| 권·호·쪽 | 124(3), e70573 |
| PMID | 41236404 |
| DOI | 10.1111/tpj.70573 |
| MeSH | Glyphosate; Glycine; Gene Amplification; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Herbicide Resistance; Herbicides; In Situ Hybridization, Fluorescence; Chromosomes, Plant; Recombination, Genetic |