发展与抗病性相关的分子标记genesin菜豆基于全基因组序列

发展与抗病性相关的分子标记genesin菜豆基于全基因组序列摘要菜豆(菜豆)是最重要的谷物豆类供人类直接消费在世界中,特别是在发展中国家构成蛋白质的主要来源。Unfortu-nately、刀豆产量稳定性受到害虫和疾病。resistantgenotypes的使用是最经济和生态安全意味着控制植物病害,已经努力描述基因抗性基因在菜豆(R基因)。尽管它农学importance,基因组菜豆中可用的资源是有限的,直到最近sequencingof菜豆基因组(安第斯基因型G19833)。除了允许注释NucleotideBinding-Leucine丰富重复(NB-LRR)编码基因家族,疾病的流行类Rgenes在植物、访问的整个基因组序列菜豆可以很大的帮助intenseselection增加作物的整体效率改进程序使用分子标记辅助区(MAS)。本文介绍了常见的艺术状态beanNB-LRR基因簇,在subtelomerespeculiarlocation和相关基因单基因R基因特征,以及演出整个基因组序列的可用性可以提高分子标记简称forMAS的发展IntroductionCommonbean(菜豆)是世界上最重要的foodlegume尤其是ascentral等发展中国家和南美洲和非洲东南部。在这些国家,刀豆代表蛋白质的饮食的一个重要来源,因此com-bat营养不良的一个关键组成部分数亿小农()。此外,有许多健康bene-fits吃豆类包括降低血液胆固醇”水平进而减轻某些类型的癌症,type2糖尿病和心血管疾病[1]。尽管agronomicimportance,基因组中可用的资源菜豆werelimited直到最近。因此,常见的bean是统称“孤儿作物”,对应于庄稼不exten-sively交易和研究人员相比,所谓的“主要”作物如玉米、水稻和小麦[2]。然而,最近完整的植物基因组测序已经成为下一代sequenc-ingincreasinglymore常规出现以来(上天)技术[3]。常见的bean是一个自花受精的二倍体(2n=2x=22)物种基因组相对较小∼587Mb。Inthat背景下,整个基因组的菜豆最近beensequenced[4]。限制大豆生产的主要问题之一是diseasessuchbean生锈(Uromycesappendiculatus)[5],角叶斑病(Pseudocercosporagriseola)[6],白粉病(白粉菌属diffusa)[7]或光环枯萎病(两)[5]。炭疽病,相关专业hemibiotrophic刺盘孢属真菌linde-muthianum,是常见的最重要的疾病之一beanthroughout世界[8]。感染疾病暴发一般originatefrom污染种子或植物碎片(9、10)。Becausechemical控制是昂贵的和代pathogen-freeseeds往往是困难的在发展中国家,基因resistancerepresents最可靠的控制策略[8]。使用resistantgenotypesmanagementstrategy是最经济和生态安全。对炭疽病抗性育种主要focusedon单基因显性抗性基因后gene-for-gene模型[11]。几个主要炭疽病抗性基因(R基因),称为基因被描述图1所示。物理图谱的11个菜豆pseudomolecules个人主办和TNLskhipu卫星,和近似位置的基因characterizedmonogenic抗病基因。376NL编码基因的相对位置地图显示在个人pseudomolecules描绘中标识的染色体Pv01-Pv11[4]。每个基因都有能标签代表去年的7位数的注释。例如,G002600位于pseudomoleculePhvul.003G0026003对应的基因。积极的DNA链基因编码的描述在右边的染色体,而负链编码的左边所示。TNLsequencesare在粉色字体和CNL序列是在黑色字体。NLs对应伪基因都用星号(*)在他们的名字。与粉红色酒吧Khipusequencesare表示pseudomolecule结构与块大小根据[38]与Khipu单位的数量成正比。着丝粒位置上individualpseudomolecules被确定使用着丝粒卫星重复识别[37]表示,浅灰色pseudomolecules酒吧。PseudomoleculesPv05、Pv07Pv08,Pv11比连杆组在同一方向(LG)B5,B7、B8,B11,分别在PseudomoleculesPv01,Pv02,Pv03,Pv04,Pv06,Pv09,andPv10相反方向相对于LGB1-B4,B6,B9,和B10分别根据基因地图(86,87)。定位R基因物理图谱,可用链接标记的序列被用作查询BLASTN分析对G19833基因组()。近似locationsof单基因抗病基因是由灰色区域表示连接彩色泡沫(R基因)候选人pseudomolecules位置。公司是炭疽病(刺盘孢属lindemuthianum)抗病位点[88]5、12-14、16-19日。安第斯和中美洲炭疽病抗性基因座是由蓝色和蓝绿色的泡沫,分别。你生锈(Uromycesappendiculatus)抗病位点(Ur-DoradoUr-Ouro黑人,Ur-BAC6参考线源的不知名的基因)[5,89],Phgangularleaf现货(Pseudocercosporagriseola)抗病位点(16岁,46),下午白粉病(白粉菌属diffusa)抗病位点[48]和PseRpsar光环枯萎病(两)抗病位点(43岁,47)。我是抵抗轨迹BCMNV普通花叶坏死病毒(Bean),BCMV(Bean普通花叶病毒),ZYMV(西葫芦黄花叶病毒),BSMV(Bean严重花叶病毒),PWVK(有木质virus-K),对WMV(西瓜花叶病毒2)CabMV(豇豆aphid-borne花叶病毒),ThPV(泰国passifloramosaic病毒)和SMV(大豆花叶病毒)[49岁、50、65、90-92年)。Bct是抵抗质疑的轨迹(甜菜大前病毒)[5],2是一个R基因抵抗BYMV(Beanyellow花叶病毒)和CLYVV(苜蓿黄脉病毒)[52],PvCMR1R基因(TNL)抗巨细胞病毒(黄瓜花叶病毒)定位使用specificPCR引物序列作为查询BLASTN分析对G19833基因组()[93]。R-BPMV是抵抗BPMV的R基因(Beanpodmottle病毒)[51]和bc隐性基因BCMNV阻力和BCMV[94-94]。菜豆(5、19)。然而,这些特定的使用Rgeneshas没有提供持久的阻力,尤其是在拉丁Amer-ica菜豆起源领域[20]。解释为特定的R基因的快速分解依赖于extensivepathogenic多样性显示c.lindemuthianumevidencedby众多种族中描述文学(8、15、21)。一个应对sin-gle赋予的短期保护基因,是金字塔特定R基因植入一种植物(22、23)。即使金字塔的机制(s)增加durabilityare不清楚,标准的教条已”,probabilityof无性繁殖的病原体变异对所有毒性Rgenesin金字塔将单独eachgene概率的乘积,因此,让毒性pathotypearising极不可能的概率”[24]。最好的记录suc-cess故事基于这一策略的控制杆和小麦leafrusts[24]。事实上,直到锈病raceUg99最近发现,耐药基因通过控股公司已成功控制小麦stemrust自1950年代中期以来[25]。对于interac-tionp.寻常的/C。lindemuthianum,安第斯andMesoamericanR基因的组合,提出了以实现对炭疽病durableresistance[5]。事实上,适应的c.lin-demuthianum株植物同源观察inwild刀豆的数量增长的中心diver-sityp的寻常的以及驯化bean[15]。然而,将多个R基因整合到单个育种行isa困难,时间和相应的任务,因为epistaticinteractionsR基因需要testcrossing和progenytesting不同菌株之间的病原体。成金字塔形状的基因在单一的品种,作为持久抗性的策略,可以通过分子标记辅助选择(MAS)greatlyfacilitated[26]。发展的分子标记最近得益于NGS-based正成功地用于新创全基因组shotgunsequencing参考基因型和全基因组resequenc-ing。MAS有着巨大的潜力和代表一个伟大challengeof分子育种在21世纪(途径)。在分子水平上,大多数克隆R基因编码intracellularproteins包含nucleotide-binding(NB)网站和C-terminalleucinerich-repeat(远程雷达)域(29、30)。R基因属于学已确定在不同的植物物种,在monocotsas在双子叶植物,和对应于R基因有效againstall类型的病原体和害虫,包括真菌、细菌、病毒、线虫、卵菌纲和昆虫。NB-LRR(NL)可分为两个子类的基础上他们的伴序列,对应两个古老血统[31]:那些编码n端结构域与人数/Interleukin-1受体同源性(TIR-NB-LRR或TNL),和那些编码n端coiled-coilmotif(CC-NB-LRR或补偿中子测井)[29]。NB-LRR可以编码蛋白质的基因plantsand家庭最大和最变量通常是在复杂的集群组织基因紧密相连(32、33)。在目前的审查,利用整个genomesequence刀豆,我们将分配ofNB-LRR豆基因组中基因,他们潜在的协同定位withgenetically阻力对variouspathogens特异性特征以及繁殖的阻力、特别是foranthracnose可以受益于刀豆的全基因组序列的可用性。2。基因和基因组的分布monogenicresistancegenome2.1基因共同bean。全基因组序列的菜豆:ancientorphan作物加入现代eraG19833安第斯菜豆基因型的国际热带农业中心(国际热带农业中心),测序桑格的使用组合,454年,Illumina公司HiSeq2000读取。Agenetic地图基于7015个SNP标记被用来组装thereference基因组序列[4]。总共有473Mb的∼587-mbgenome组装,和98%的这个序列是genet-ically锚定在11chromosome-scalepseudomolecules。Theassembled基因组序列注释使用transcriptomedata和从头开始的方法,允许识别的27197个蛋白编码基因座,其中包括27197替代文本。在addi-tion,重复序列也被确定。以前曾有报道称,事实上,commonbean基因组包含大量大量的重复序列[34]与其他豆类speciespresenting相比更大的基因组大小,如三叶草被(956Mb;[35])和大豆(1103Mb;[36])。转位因子wereshown代表∼45%的基因组。此外,卫星DNAswere还在基因组层面特征如khipu和Nazcapresenting相同的528pb单元大小和subtelomericandcentromeric分布,分别(37、38).2.2(图1)。复杂的阻力集群往往对应但不是alwaysto大NB-LRRclustersThe全基因组序列的可用性提供了一个uniqueopportunity研究问序列的分布。com-plete组问蛋白被发现在一个反复的过程。首先,预测蛋白质序列的一个嗯搜索Phase-olus(p.寻