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真菌病原体における付随染色体の役割

付随領域は真菌病原体の適応性と病原性を形作る。

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真菌病原体と付加染色体真菌病原体と付加染色体える。付加染色体は、真菌病原体の毒力に影響を与
目次

多くの真菌病原体には、独特な遺伝的特徴があるんだ。これには、さまざまな系統で安定して共有されている部分と、新しい環境や宿主に素早く適応できる部分が含まれてる。安定している部分はコア領域って呼ばれてて、適応性の高い部分はアクセサリー領域って言われてる。この適応性は、特に異なる植物や変化する条件に直面したときに生存にとって重要なんだ。

アクセサリー領域:特徴と機能

アクセサリー領域は、コア領域とはいくつかの点で異なることが多いよ。遺伝子配列のバリエーションが多くて、ゲノム内で動くことができる移動可能なエレメントが多いんだ。これらの領域は、タンパク質のコーディング方法(コドンの使用)が異なったり、全体的に遺伝子が少なかったりすることもある。

多くの真菌種では、アクセサリー領域はコア染色体と混ざっているか、別の独立した染色体として存在してる。これらのアクセサリー領域は、真菌が宿主と相互作用する方法に重要な役割を果たしていて、真菌が植物に感染するのを助ける遺伝子を含むこともあるんだ。

病原性におけるアクセサリー領域の重要性

これらのアクセサリー領域の正確な目的はまだ研究中だけど、たくさんの地域が真菌が植物宿主に感染するのを助けるタンパク質をコードしていることが示されているよ。時には、これらの領域が有利な特徴を他の株に伝えるのを助けることもある。この現象は、異なる種の間で有益な特徴が伝達されることが観察されていて、自然集団での事例があるんだ。

実験的な研究では、異なる真菌株間でのアクセサリー染色体の移動が成功したことがあって、これがどれだけ適応力があって能力のある生物かを示しているね。

フサリウム・オキシスポルム種複合体

よく知られた真菌病原体のグループが、フサリウム・オキシスポルム種複合体なんだ。この真菌はアクセサリー領域が広く変化していて、さまざまな植物に感染する能力が知られている。複合体内の異なる株は、さまざまなバナナ品種に対する病原性に基づいてレースに分類されているよ。今のところ、バナナのフサリウム枯病を引き起こしているレースはトロピカルレース4(TR4)で、多種のバナナに感染することができるんだ、特に広く栽培されているキャベンディッシュも含めてね。

面白いことに、TR4株は遺伝的にはかなり似ていて、F.オドラスシマムという密接に関連した種に再分類されている。参照株のTR4株のゲノムには、重要な2つのアクセサリー領域があって、1つはコア染色体に付随していて、もう1つは別の染色体として存在している。この別の染色体はAC12と呼ばれていて、植物に感染するのを助ける様々な遺伝子が含まれているんだ。

アクセサリー染色体の変化

以前の研究では、F.オキシスポルムの特定の株にはいくつかのアクセサリー領域のコピーがあることが示されていて、これが重複によってサイズが拡大できることを示している。最近の研究では、この拡大と、いくつかの株が本当に独立したアクセサリー染色体を欠いているかどうかについて疑問が生じているよ。

実験的および核型研究は、多くのTR4株、特に参照株が従来のアクセサリー染色体を持っていることを示唆している。特にAC12のサイズは、染色体内の内部重複によって以前に記録されたサイズよりもずっと大きいことがわかっている。

AC12の機能性

AC12の役割をよりよく理解するために、科学者たちはこの染色体がない株を作成したんだ。これらの突然変異体は、AC12が基本的な成長には必要ないことを示していて、つまり真菌はそれなしでも繁栄できるってこと。でも、AC12を失うとバナナ植物に病気を引き起こす能力が減少したよ。実験室のテストでは、AC12がない突然変異体が野生型株よりもバナナのコルムに対して著しく少ない損傷を引き起こしたことが示されていて、AC12が真菌の病原性にとって重要だってことがわかるんだ。

染色体の喪失と変異に関する詳細

AC12がない株を生成する際に、いくつかの異なる突然変異体が研究され、追加の遺伝的変化が観察された。AC12の喪失は標準の成長プレートでの成長には影響を及ぼさなかったけど、いくつかの突然変異体はコア染色体に変化を見せた。これらの変化は記録されたけど、真菌の成長能力には大きな影響を与えなかった。

これらの変化の背後にある遺伝学はさまざまな技術を使ってさらに分析され、すべての検査した突然変異体でAC12の完全な喪失が確認された。これらの観察結果は、真菌のゲノムの可塑的な性質と、遺伝物質の喪失や再配置を通じて適応する能力を強調しているよ。

水平遺伝子移動とウイルス病原性

AC12のようなアクセサリー染色体は、異なる真菌株の間で時々受け渡されることがあって、非病原性の株で病原性を高めることができるんだ。しかし、今回の研究では、1つの株から別の株にAC12を移す試みは失敗に終わったんで、このプロセスには特定の要件があるか、他の要因が役割を果たしている可能性があるね。

遺伝子操作による病原性の低減

AC12に位置する特定の遺伝子の寄与をさらに調べるために、科学者たちはこれらの遺伝子をターゲットにした追加の突然変異体を生成した。一部の突然変異体は病原性が低下したけど、すべての変化が統計的に有意だったわけではない。これは病原性因子の複雑さを強調していて、多くの遺伝子が真菌が宿主に感染する能力に寄与している可能性を示唆している。

結論:示唆と今後の方向性

今回の発見は、特にフサリウム・オキシスポルム株の真菌ゲノムの動的な性質を強調している。AC12のようなアクセサリー染色体は、植物の感染だけでなく、これらの生物の適応能力においても重要な役割を果たしている。この染色体がどのように機能するかを理解することは、広がるバナナのフサリウム枯病や似たような植物病の制御方法への洞察を提供できる。

今後の研究は、染色体の変化の背後にあるメカニズムをよりよく理解し、これが病気の重症度だけでなく、変化する環境における真菌の全体的な適応力にどのように影響するかに焦点を当てる予定だ。こうした知識は、これらの壊滅的な病原体と戦うための効果的な戦略を開発するために重要かもしれないね。

この研究は、真菌病原体の遺伝的な構成を学ぶ重要性と、環境に応じてどのように進化するかを探ることの重要性を示してる。得られた洞察は、最終的には植物病の管理方法を改善し、世界中の作物を守るために繋がるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Extensive intrachromosomal duplications in a virulence-associated fungal accessory chromosome

概要: Filamentous fungi have evolved compartmentalized genomes consisting of conserved core regions and dynamic accessory regions, which aid the adaptation to changing environments including the interaction with host organisms. In the Fusarium oxysporum species complex, accessory regions play an important role during infection and it has been reported that these regions undergo extensive duplications, however, it is currently unknown how such duplications shape accessory regions. Moreover, the function of accessory regions apart from encoding virulence effectors is not completely understood. Here we determined the karyotype of F. oxysporum Tropical Race 4 (TR4), which causes the ongoing pandemic of Fusarium wilt of banana (FWB). We show that the single accessory chromosome of TR4 isolate II5 has undergone extensive intrachromosomal duplications, resulting in triplication of the chromosome size compared to other closely related TR4 strains. By obtaining mutant strains that have lost the accessory chromosome, we demonstrate that this chromosome is dispensable for vegetative growth but is required for full virulence on banana. Lastly, we found that the loss of chromosome 12 co-occurs with structural rearrangements of core chromosomes, which are generally co-linear between members of the F. oxysporum species complex. Together, our results provide new insights into the chromosome dynamics of the banana infecting TR4 lineage of the F. oxysporum species complex. SignificanceFusarium oxysporum is a major fungal plant pathogen that causes vascular wilt disease on a wide variety of agronomically important crops. A current epidemic of Fusarium wilt of banana (FWB), caused by tropical race 4 (TR4), poses a major threat to global banana production and threatens food security in tropical and subtropical regions where banana is an important staple crop. Controlling TR4 requires a better understanding of the molecular mechanisms underlying pathogenicity, including the evolution of pathogenicity-related accessory regions. Here we demonstrate that intrachromosomal duplications are a key mechanism of accessory chromosome evolution in the F. oxysporum species complex. We identified a single accessory chromosome and show that TR4 mutants that lost this accessory chromosome display significantly reduced virulence on banana plants. Our results provide insight into the evolution of accessory chromosomes in the F. oxysporum species complex, underscore their importance in pathogenicity, and provide new clues for the development of resistant banana plants.

著者: Gert H.J. Kema, J. Dijkstra, A. C. van Westerhoven, L. Gomez-Gil, C. Aguilera-Galvez, G. Nakasato-Tagami, S. D. Garnier, M. Yamazaki, T. Arie, T. Kamakura, T. Arazoe, A. Di Pietro, M. F. Seidl

最終更新: 2024-09-16 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.16.611982

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.16.611982.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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