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背景:在不同植物中,NBS-LRR编码基因(R基因)数量的变化非常大。在已经测序的植物物种中,黄瓜,甜瓜和西瓜基因组中抗病基因的数量非常少,分别只有70,71和55个。目前植物抗病基因数量低拷贝数的机制还不清楚。
结果:在本研究中,研究了来自8个葫芦科栽培物种以及一个野生物种的R基因。全基因组的抗病基因鉴定,系统分化分析以及兼并引物PCR分析表明,在葫芦科植物中,只有有限的抗病基因家族数量,我们手工注释了已经测序的黄瓜、甜瓜和西瓜中的抗病基因,发现有超过半数的基因是假基因,没有找到据有嵌合体结构的R基因家族,并且和预期一样,大部分尺基因在黄瓜的不同基因型中高度保守。同时,我们根据这些家族建立了葫芦科植物抗病基因的结构模型,可以方便今后葫芦科植物抗病基因的注释。然而,在野生型葫芦科物种栝楼中,发现了一个具有嵌合体结构的抗病基因家族。通过比较葫芦科植物和杨树及大豆基因组中的R基因,我们发现在葫芦科物种中频繁的丢失尺基因家族。并且,在葫芦科中,R基因在每个家族里的数目仅有杨树和大豆的三分之一。
总结:葫芦科物种中不仅抗病基因数目少,R基因家族数量也很少。导致葫芦科物种缺乏R基因的原因可能是丢失了一些R基因家族,以及缺乏复制。我们讨论了在不同物种中R基因拷贝数量变化的进化机制。