Chez Oryza sativa ssp. indica et japonica, ainsi que dans les génomes de leurs ancêtres potentiels, des duplications en tandem des gènes qui codent des kinases de type récepteur ont remodelé les régions homologues du chromosome 1
Citation
Wang, Z., Guo, H., Cloutier, S. (2017). Tandem duplications of receptor-like kinase genes reshaped the homologous chromosome 1 regions in Oryza sativa ssp. indica and japonica and their possible ancestral genomes. Molecular Breeding, [online] 37(1), http://dx.doi.org/10.1007/s11032-016-0594-4
Résumé en langage clair
Les génomes en général et ceux des végétaux en particulier peuvent être qualifiés de plastiques par opposition à fixes. Cette plasticité est un facteur clé de l’évolution parce qu’elle permet le remodelage de régions chromosomiques ou de chromosomes entiers, remodelage qui à son tour influe sur l’organisation, la mutation et l’expression des gènes. Plusieurs mécanismes peuvent contribuer à cette plasticité. Nous avons procédé ici à une analyse en profondeur d’une région du chromosome 1 du riz dans laquelle se trouvent plusieurs gènes codant des kinases de type récepteur. Nous avons analysé la séquence d’ADN de la région équivalente chez deux espèces de riz cultivé et deux espèces sauvages apparentées. Par des mécanismes de duplication par paires, la taille de la région a plus que doublé chez les espèces de riz cultivé résultant en un plus grand nombre de gènes de kinases, et créant ainsi de nouveaux gènes de kinases qui agissent comme moteurs de l’évolution.
Résumé
Chez les végétaux, les gènes qui codent des kinases de type récepteur (RLK, pour Receptor-Like Kinase) forment une grande famille, dans laquelle chacun code une protéine avec un motif signal, une région transmembranaire unique et un domaine kinase cytoplasmique. Différentes duplications géniques ont contribué à l’établissement et à l’expansion de cette famille. Dans l’étude présentée ici, nous caractérisons la formation et l’évolution de la famille des gènes RLK chez le riz cultivé et les progéniteurs possibles de ces gènes. Nous avons utilisé la séquence des gènes RLK du blé pour identifier des orthologues dans le génome des sous-espèces de riz domestiqué Oryza sativa ssp. japonica et ssp. indica, et de leurs progéniteurs putatifs Oryza glaberrima et Oryza rufipogon. Les quatre régions orthologues du chromosome 1 variaient de 103 à 281 kb, comprenant 181 blocs synténiques avec 75 à 100 % d’identité de séquence. Ces régions contenaient 11-19 kinases de Triticum aestivum (Taks, pour Triticum aestivum kinases) et 10-15 kinases Lr10 de type récepteur (Lrks) organisées en grappes, ainsi que 3-12 éléments transposables (TE, pour Transposable elements). L’analyse du diagramme par points montre que les quatre régions ont 21-37 domaines catalytiques conservés, notamment en protéines kinases (PK) et en tyrosine kinases (TyrK) en état d’appariement. Plus de 50 % des séquences des paires glaberrima/rufipogon et japonica/indica étaient colinéaires, et la paire japonica/indica présentait une expansion marquée de séquence avec des gènes dupliqués et des TE. Nous avons identifié en tout 2312 SNP et INDEL entre japonica et indica. La duplication des gènes Rlk chez O. glaberrima et O. rufipogon s’est produite après l’irradiation des graminées et avant qu’O. rufipogon ne diverge d’O. glaberrima; les gènes Rlk orthologues d’O. japonica et d’O. indica se sont dupliqués après qu’O. sativa se soit séparée d’O. rufipogon; les paralogues, issus d’importantes duplications, sont apparus après la séparation entre le riz et le maïs. La duplication en tandem a été le principal facteur à contribuer à la variation du nombre de copies des gènes et à l’expansion de la taille du génome.