基因组学工具,解剖模型豆类Medicago Truncatula有节
·VandenBosch1,湄Cook2
植物生物学系,220年BioSci中心Gortner大街1445号,明尼苏达大学,圣保罗,MN, 55108年,美国
植物病理学、哈钦森254房间大厅,加州大学戴维斯CA 95616,美国
1。介绍
大约十年后的说明点头的因素,lipochito-oligosaccharide由根瘤菌宿主植物,调查人员发现了许多应对这个信号在植物根部。此外,许多细胞功能的细节在感染根和结节被发现,主要是通过识别不同调节基因或通过分析候选基因的功能。然而,有节的许多方面仍是粗略的理解。点头因子信号转导在主机如何?做监管机制管理有节重叠网络控制的其他方面发展?是有节的组件机械局限于豆类、或者更大的进化枝nodule-formers包括actinorhizal植物吗?做相应的根瘤菌避免引发防御反应,或者这种方式被用来优化结节号码吗?
意识到回答此类复杂问题需要灵巧的基因生物模型,调查人员出发十多年前确定豆科物种豆类可以作为模型的家庭。Medicago truncatula self-compatible二倍体物种,吸引了许多支持者因为它的基因组小,快速的生命周期和其他属性。这越来越多的调查导致了基因分析工具的开发。进步的系统记录了一系列的评论(巴克et al . 1990;库克1999年;库克et al . 1997;Frugoli,哈里斯2001;哈里森2000)。因为m . truncatula同属的紫花苜蓿、m、马唐也是主机特征明显的Sinorhizobium meliloti,这本身就是基因组和蛋白质组分析的主题。m . truncatula也宿主病原体攻击紫花苜蓿和相关的豆类。 This enables the use of microbial partners on M. truncatula that have been well characterized on crop species, and indicates that this annual medic will be a tractable model for understanding resistance mechanisms in the legume family.
出于渴望解剖的共生,并回答一些问题上面,一群有节生物学家已经几个并行开发的核心基因组Medicago truncatula工具。在美国,美国国家科学基金会植物基因组计划和高贵的基金会赞助这些努力,而在欧洲,INRA发起了基因组分析在法国,和努力继续在几个国家的赞助下欧盟。雷竞技手机版app本文将强调成就nsf(项目的日期,并将最后的目标概述Medicago社区开发和应用基因组工具附加在家庭这一重要植物的生物学问题。
2。nsf(项目的目标
大量的宿主基因可能参与豆科/微生物相互作用,和基因组的复杂性主要作物豆类、需要协调的努力在豆科物种驯良的分子和遗传属性。这样一个物种可以作为一个节点,或中心点与更复杂的物种有关。这多项目,题为“Medicago truncatula作为比较和功能性豆类的节点物种基因组学、“旨在开发m . truncatula发挥关键的角色作为一个点的比较与其他豆科的成员。项目推进的详细知识结构和功能基因组植物生物学基础方面的独特元素,或研究,豆类。生物学重点是共生固氮作用和氮代谢,菌根associates和磷酸盐代谢,和关键豆类/病原体相互作用。
研究项目包括以下方法:(1)比较基因组学,涉及比较之间的基因组织m . truncatula和豌豆,紫花苜蓿和大豆;(2)功能基因组学,强调表达基因和启动大规模分析的特征表达模式来研究基因功能;(3)生物信息学,强调开发数据库资源的分析和传播M truncatula基因组从NSF项目收集的信息和其他来源。生物信息学工具支持的其他目标,并将两个相互联系起来。该项目网站,http://www.medicago.org,也作为Medicago社区论坛,发表的作品的目录,目录的m . truncatula研究者,并指出其他Medicago研究网站。下面的讨论引出了几个项目的进展。
3所示。比较基因组学的进步
m . truncatula和m .漂白亚麻纤维卷之间的密切关系反映在两个物种之间的广泛的宏观和microsynteny。到目前为止,只有一个轨迹,nucleolar-organizing地区占据了一个位置在不同的连杆组(LGs)两种。这对于LGs使调查人员能够使用相同的术语和染色体Medicago物种。更重要的从实用的角度来看,m .地图马唐的标记正在被用于放置在m . truncatula地图来迅速填充后者,并使比较映射项目两个物种。乔治-吻比较映射讨论这样一个成功的项目,对图谱克隆和贡献的一个重要的共生基因,在这本书的一章。比较m . truncatula和豌豆之间的映射(Pisum一表示强烈的保守基因排列5 m . truncatula八LGs的。这将帮助克隆位点识别的豌豆,在由大型基因组图谱克隆的努力严重阻碍和充足的重复序列。一个这样的项目,由雷内·吉尔茨,在瓦赫宁根农业大学(Gualtieri等人提交)。其中microsynteny类群的程度进一步记录在一个深入研究LG 5 Medicago spp,对应于LG 1豌豆。
预计microsyntenic温带豆科植物之间的关系,因为他们的系统发育关系密切。因此,我们看到在多大程度上感兴趣m . truncatula基因组结构可能是一个好的模型的豆类少密切相关,如热带豆科部落Phaseolidae包含重要的作物如大豆(大豆)和豆类(菜豆spp)。这项工作正在进行烹饪实验室之间的协作和内文年轻的明尼苏达大学。迄今为止,宏观和microsynteny m . truncatula和大豆已经证明,尽管量化相似是复杂的大豆基因组中的重复,和有限的多态性在大豆映射数量。前期工作表明,m . truncatula之间的同线性和g . max稍小于g . max基因组的重复区域之间,但远远超过同线性模型之间的双子叶植物拟南芥,要么两豆类(燕等人提交)。我们预测,m . truncatula将实验值至少在一些地区的大豆基因组,下面的持续发展pan-legume地图。主要的、正在进行的客观的发展将促进这是基于基因的标记将被用来协调m . truncatula的地图和作物豆类。
集成的m . truncatula基因和细胞遗传学与吨少量合作实现了地图,同事在瓦赫宁根。使用粗线期染色体,荷兰组映射至少两个细菌人工染色体(BAC)的克隆
m . truncatula基因组文库到每个染色体。可视化表示染色体臂是由长,通常不间断的常染色质的DNA (Kulikova et al . 2001年)。异染色质pericentromeric地区主要集中在,估计占m . truncatula基因组的80%。这个简单的基因组安排,预测组织拥有地区100 Mbp的连续的常染色质,将极大地帮助图谱克隆的努力。从长远来看,这也将促进拥有部分基因组的测序。
4所示。功能基因组学的进步
朝着我们的目标识别豆类的基因参与收购养分和微生物相互作用,17互补脱氧核糖核酸数据库是进行高通量测序。这些库的五个来自Sinorhizobium-mocu \ s。泰德或感染组织,贡献超过19000 est序列从大约55000个est项目到目前为止。所有est序列存入基因库和使用(与其他公共数据)来构建一个指数代表一组最小冗余的基因序列。基因指数(MtGI),构建基因组研究所,m . truncatula est序列分组到初步共识序列(TCs)根据序列重叠(http://www.tigr.Org//tdb/mtgi)。MtGI第三版(2001年4月)预测-13000年TCs和-19000单例,共计-32000预测独特的序列。第四版MtGI原定8月,2001年。MtGI概率分配函数表达基因,根据爆炸的结果。
指数也可以显示基因高表达基因的表达模式,基于组织起源的TCs的est序列。分析揭示了很多组织的表达模式的例子。例如,大约3000 TCs,或近四分之一,是由est序列全部来自组织应对微生物感染或启发。其中,大约1750 TCs似乎symbiosis-specific模式的分布,其中包括约900 TCs rhizobium-inoculated独有的组织,和大约300常见的结节和菌根之间。除了nodule-specific根瘤菌和假定的标记的早期反应基因,我们也确定了根系比标记和表达序列常见的共生和致病性的反应。这种方法允许的识别标记基因作为发展计划具体控制转录分析研究。
我们的长期目标是建立一套unigene EST资源并彻底调查全基因组基因表达模式通过使用DNA微阵列杂交的探针。作为第一步,我们已经组建了一个小规模的数组- 1000 cDNA克隆(称为“kiloclone组”),包含积极的和消极的控制和发展一些标记。kiloclone集也富含克隆编码与假定的功能蛋白信号转导,转录调控,控制细胞分裂和细胞死亡,病原体反应,次生代谢,和一些未知功能的基因。迄今杂交实验监测基因表达差异的早期步骤共生过程中或在病原相互作用,而未经变质处理的植物。这些早期的实验化验灌输信心通过展示技术和生物可重复性。小说表达的基因在有节和对疫霉根腐病病原体的反应medicagenis已确定。验证的身份cDNA克隆及其表达模式正在进行中。
5。结论:长期的观点
正在进行的工作在我们的项目将继续强调结构,比较和功能基因组学的方法。结构基因组学团队的具体目标是创建一个全面的物理图谱m . truncatula并确定3000个est和BAC地址之间的对应的物理映射。物理图谱的组合,BAC测序,和几千est序列的位置的分配将划定的拥有部分基因组,并为开发低通基因奠定基础库存在这些地区。的m . truncatula基于基因的标记也将继续被评估的效用作为遗传标记的地图紫花苜蓿、豌豆和大豆。这种比较的方法将有助于扩展m . truncatula基因组的影响到其他豆类。水果的功能基因组学活动将包括组装一套cDNA克隆的最小冗余代表转录基因的宽度确定。目标将包括至少24000名代表克隆在这个“unigene设置”,将免费提供给公众。第二个主要目标是使用DNA微阵列实验中的unigene集,将监测全球的基因表达模式。这里的相关性,我们计划来识别基因不同监管从最早的看法点头通过根瘤衰老因子,在野生型植物和发育突变体
基因组研究Medicago truncatula有着对豆科植物的研究产生重大影响,世界各地。目前的数据库M truncatula人员列出了大约197名研究人员,来自16个不同国家(雷竞技手机版apphttp://www.medicago.org)。Medicago社区开放的力量沟通和公共资源的发展。一系列国际研讨会在这个物种已经涉及广泛的社区人员的关键资源的发展,如BAC和EST库,遗传标记和地图,和策划种群包含自然和诱导遗传变异。除了有节,这些工具被应用到许多话题,包括生产力和饲料质量、种子发育和营养,对非生物和生物胁迫的响应,天然产物的生物合成。这些努力的长期影响将是整合遗传和功能信息Medicago truncatula具体来说,和豆类。这些知识将使更有效的价值基因的克隆和表征和特征,并成为全世界作物改良策略的重点。因此,基因和基因组系统开始作为一种手段来更好地理解固氮豆类生物学已经发展成为一个主要的资源。
6。引用
巴克DG et al。(1990)植物摩尔。生物。8日,40至49库克D(1999)咕咕叫。当今。植物医学杂志。301 - 304年库克D et al。(1997)植物细胞。9日,275 - 281年Frugoli J,哈里斯J(2001)植物细胞。13日,458 - 463年Harrrison M(2000)植物科学趋势。5,414 - 415年Kulikova O et al。(2001)植物J . 26
7所示。确认
我们感激地承认NSF植物基因组计划的支持下,奖号码dbi - 9872664,和贡献我们的首席调查员史蒂夫•甘特迈克尔·哈恩玛丽亚·哈里森王东进金厄尼Retzel,黛比Samac,克里斯,卡罗尔·万斯,内文年轻。特别确认是由于博士后和其他伙伴项目,包括玛丽亚Fedorova和金元刘,谁导致了图书馆建设,和加布里埃尔Endre和西尔维亚Penuela,开创了互补脱氧核糖核酸微阵列。我们感谢珍妮弗·曹和乔白色的角色在发展和利用MtGI。最后,我们感激合作者吨少量,雷内·吉尔茨和乔治-吻导致建设和利用比较基因组的工具了。
继续阅读:信号交换在大豆有节的早期事件
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