Члены тандемных массивов генов патогенез-ассоциированных белков Theobroma cacao L. демонстрируют разнообразную динамику экспрессии в ответ на колонизацию патогеном
Theobroma cacao L. pathogenesis-related gene tandem array members show diverse expression dynamics in response to pathogen colonization
Andrew S. Fister, Luis C. Mejía, Yufan Zhang, Edward Allen Herre, Siela N. Maximova, Mark J. Guiltinan
Аннотация (перевод)
Группа патогенез-ассоциированных (PR) белков операционально определяется как полипептиды, концентрация которых в тканях растений увеличивается при контакте с патогеном. На сегодняшний день описано 17 классов высокодивергентных белков, действующих посредством множественных механизмов устойчивости к патогенам. Охарактеризование этих семейств у какао, экономически важной древесной культуры, и их сравнение с семействами других видов является важным шагом в понимании иммунного ответа какао. С использованием общедоступных ресурсов были идентифицированы и аннотированы все члены 17 признанных семейств генов патогенез-ассоциированных белков в геноме Theobroma cacao, что позволило получить набор из ~350 членов в обоих опубликованных геномах какао. Приблизительно 50 % этих генов организованы в тандемные массивы, рассеянные по всему геному. Эта особенность наблюдалась у пяти дополнительных таксонов растений (трех двудольных и двух однодольных), что указывает на важную роль тандемной дупликации в эволюции генов PR у высших растений. Профилирование экспрессии отразило динамику и сложность экспрессии генов PR на базальном уровне и после индукции двумя патогенами какао (оомицетом Phytophthora palmivora и грибом Colletotrichum theobromicola), выявив конкретные гены внутри семейств, наиболее активно реагирующие на заражение патогеном. Последующая qRT-PCR подтвердила индукцию нескольких членов семейств PR-1, PR-3, PR-4 и PR-10, при этом для отдельных генов была обнаружена более чем 1000-кратная индукция. Мы описываем гены-кандидаты, которые, вероятно, участвуют в защите какао от инфекции Phytophthora и Colletotrichum и могут быть потенциально полезны для маркер-опосредованной селекции при выведении устойчивых к болезням сортов какао. Представленные здесь данные вместе с существующими ресурсами омиксных данных какао позволят проводить направленный функционально-генетический скрининг защитных генов, которые, вероятно, выполняют важнейшие функции в защите какао от его патогенов.
Оригинальная аннотация
The pathogenesis-related (PR) group of proteins are operationally defined as polypeptides that increase in concentration in plant tissues upon contact with a pathogen. To date, 17 classes of highly divergent proteins have been described that act through multiple mechanisms of pathogen resistance. Characterizing these families in cacao, an economically important tree crop, and comparing the families to those in other species, is an important step in understanding cacao's immune response.Using publically available resources, all members of the 17 recognized pathogenesis-related gene families in the genome of Theobroma cacao were identified and annotated resulting in a set of ~350 members in both published cacao genomes. Approximately 50 % of these genes are organized in tandem arrays scattered throughout the genome. This feature was observed in five additional plant taxa (three dicots and two monocots), suggesting that tandem duplication has played an important role in the evolution of the PR genes in higher plants. Expression profiling captured the dynamics and complexity of PR genes expression at basal levels and after induction by two cacao pathogens (the oomycete, Phytophthora palmivora, and the fungus, Colletotrichum theobromicola), identifying specific genes within families that are more responsive to pathogen challenge. Subsequent qRT-PCR validated the induction of several PR-1, PR-3, PR-4, and PR-10 family members, with greater than 1000 fold induction detected for specific genes.We describe candidate genes that are likely to be involved in cacao's defense against Phytophthora and Colletotrichum infection and could be potentially useful for marker-assisted selection for breeding of disease resistant cacao varieties. The data presented here, along with existing cacao-omics resources, will enable targeted functional genetic screening of defense genes likely to play critical functions in cacao's defense against its pathogens.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/5132c224-f228-4471-9cc7-e5ba54f286d7
DOI: 10.60692/cnzzd-2wq29