配列と発現の多様化のパターンは、真菌病原体への応答に関連する遺伝子ファミリーのメンバーと関連している

Patterns of Sequence and Expression Diversification Associate Members of the Gene Family With Response to Fungal Pathogens.

• Marie Didelon
• Mehdi Khafif
• Laurence Godiard
• Adelin Barbacci
• Sylvain Raffaele

抄録

病原菌の感染は、植物のトランスクリプトームを広範囲にリプログラミングするきっかけとなり、その機能が不明な多数の遺伝子を含む。これらの遺伝子の分類学的分布が広いことから、病原体への挑戦によって活性化される機能未知領域（DUF）を持つタンパク質をコードする遺伝子は、病気に重要な役割を果たしている可能性が高いと考えられる。その結果、真菌感染後に最も誘導される遺伝子の上位10%にDUF4228ドメインを持つ13の遺伝子が同定された。ゲノムワイドおよび系統解析の結果、PADREは植物に特異的であり、アングリオスパームの進化の初期には10の亜科に多様化していたことが明らかになった。PADREは通常、二部構造を持つ小さな単一ドメインのタンパク質で構成されている。PADREのN末端は保存された配列モチーフを持ち、C末端は複数のリン酸化部位を持つ本質的に乱れた領域を含む。ヒマシ、ヒマシ、トマトに接種した際の遺伝子発現をパンゲノミクス調査したところ、系統グループ内の種間で一貫した発現が見られた。また、マルチストレス発現プロファイリングと共発現ネットワーク解析により、AtPADRE遺伝子はアントシアニン生合成の誘導、キチンや低酸素に対する応答と関連していることが明らかになった。その結果、AtPADRE遺伝子の配列と発現の多様化のパターンは、未知の植物遺伝子群の病気に対する抵抗性の役割の進化と一致することが明らかになった。これらの知見は、真菌に対する植物病害抵抗性のメカニズムを解明するための主要な候補となる遺伝子を浮き彫りにしている。

Pathogen infection triggers extensive reprogramming of the plant transcriptome, including numerous genes the function of which is unknown. Due to their wide taxonomic distribution, genes encoding proteins with Domains of Unknown Function (DUFs) activated upon pathogen challenge likely play important roles in disease. In , we identified thirteen genes harboring a DUF4228 domain in the top 10% most induced genes after infection by the fungal pathogen Based on functional information collected through homology and contextual searches, we propose to refer to this domain as the pathogen and abiotic stress response, cadmium tolerance, disordered region-containing (PADRE) domain. Genome-wide and phylogenetic analyses indicated that PADRE is specific to plants and diversified into 10 subfamilies early in the evolution of Angiosperms. PADRE typically occurs in small single-domain proteins with a bipartite architecture. PADRE N-terminus harbors conserved sequence motifs, while its C-terminus includes an intrinsically disordered region with multiple phosphorylation sites. A pangenomic survey of genes expression upon inoculation in , castor bean, and tomato indicated consistent expression across species within phylogenetic groups. Multi-stress expression profiling and co-expression network analyses associated AtPADRE genes with the induction of anthocyanin biosynthesis and responses to chitin and to hypoxia. Our analyses reveal patterns of sequence and expression diversification consistent with the evolution of a role in disease resistance for an uncharacterized family of plant genes. These findings highlight genes as prime candidates for the functional dissection of mechanisms underlying plant disease resistance to fungi.

Copyright © 2020 Didelon, Khafif, Godiard, Barbacci and Raffaele.