リシークエンスによる細胞性ゲノムの比較：農業上重要なアブラナ属の遺伝的多様性と系統に関する知見を得た

Comparison of the cytoplastic genomes by resequencing: insights into the genetic diversity and the phylogeny of the agriculturally important genus Brassica.

• Jiangwei Qiao
• Xiaojun Zhang
• Biyun Chen
• Fei Huang
• Kun Xu
• Qian Huang
• Yi Huang
• Qiong Hu
• Xiaoming Wu

抄録

背景:

アブラナ属は主に3種の二倍体と3種の四倍体からなり、その多くは世界中で栽培されている重要な野菜、油、観賞用の作物である。アブラナ科植物の起源や、アブラナ科植物の中での種間関係の詳細は、広く研究されているにもかかわらず、未だに不明な点が多く、どこかで混乱している。現在のハイスループットシーケンシングの時代には、大規模な集団に基づく系統的な比較ゲノム研究が必要であり、これらの疑問を解決するためには極めて重要であると考えられます。

BACKGROUND: The genus Brassica mainly comprises three diploid and three recently derived allotetraploid species, most of which are highly important vegetable, oil or ornamental crops cultivated worldwide. Despite being extensively studied, the origination of B. napus and certain detailed interspecific relationships within Brassica genus remains undetermined and somewhere confused. In the current high-throughput sequencing era, a systemic comparative genomic study based on a large population is necessary and would be crucial to resolve these questions.

結果:

72のアクセッションを含み、既知のアブラナ科植物を最大限に統合したアブラナ科植物材料の選択されたセットにおいて、葉緑体DNAとミトコンドリアDNAを同期的に再配列した。BrassicaのゲノムワイドなcpDNAとmtDNAの変異が同定された。その結果、アブラナ属内とその周辺の詳細な系統関係が、cpDNAとmtDNAの変異に由来する系統図によって明らかになった。B. junceaやB. carinataとは異なり、天然のB. napusには、B. rapaから直接受け継いだカム型、カム型に姉妹として近いポリマ型、そして謎に包まれているが優勢なナプ型の3つの主要な細胞質ハプロタイプが存在することが知られている。Cゲノムがまばらな野生種の中には、ナプタイプの細胞質とそれに対応するCサブゲノムを主にB. napusに提供したものがいるかもしれない。mtDNAとcpDNAの厳密な同時継承は、B. napus細胞質の雄性不稔系統（例：moriとnsa）では劇的に乱されていた。Raphanus属、Sinapis属、Eruca属、Moricandia属はBrassica属と強い平行進化関係を示した。

RESULTS: The chloroplast DNA and mitochondrial DNA were synchronously resequenced in a selected set of Brassica materials, which contain 72 accessions and maximally integrated the known Brassica species. The Brassica genomewide cpDNA and mtDNA variations have been identified. Detailed phylogenetic relationships inside and around Brassica genus have been delineated by the cpDNA- and mtDNA- variation derived phylogenies. Different from B. juncea and B. carinata, the natural B. napus contains three major cytoplasmic haplotypes: the cam-type which directly inherited from B. rapa, polima-type which is close to cam-type as a sister, and the mysterious but predominant nap-type. Certain sparse C-genome wild species might have primarily contributed the nap-type cytoplasm and the corresponding C subgenome to B. napus, implied by their con-clustering in both phylogenies. The strictly concurrent inheritance of mtDNA and cpDNA were dramatically disturbed in the B. napus cytoplasmic male sterile lines (e.g., mori and nsa). The genera Raphanus, Sinapis, Eruca, Moricandia show a strong parallel evolutional relationships with Brassica.

結論:

全体的なバリエーションデータと精緻な系統関係は、アブラナ科植物の遺伝的理解をさらに深めることができ、新しいアブラナ科植物の胚芽の開発を大幅に促進することができます。

CONCLUSIONS: The overall variation data and elaborated phylogenetic relationships provide further insights into genetic understanding of Brassica, which can substantially facilitate the development of novel Brassica germplasms.