3. Results3.1. Evidence of WGD in b

3. Results
3.1. Evidence of WGD in both species confirming a shared event

Using the transcript sets of G. gynandra and T. hassleriana, paralogs were matched to each other by BLAST search and CIP/CALP filtering. In total, 55,014 paralogs were found: 26,883 in T. hassleriana covering 49% of transcript space and 28,131 in G. gynandra covering 48% of transcript space. Of all paralog pairs, Ks and fourfold transversion substitutions (4dtv) were determined and binned to establish an evolutionary time distribution ( Fig. 2). In both species a large gene birth event has taken place around Ks = 0.4 ( Fig. 2 between Ks = 0.25 and Ks = 0.5), which corresponds to the Ks window established earlier for the Th-α hexaploidy event [28]. The same analysis was performed using 4dtv values and results were extremely similar. Enumerating the paralogs that fall within the Th-α peak, we see that 15,785 gene pairs in T. hassleriana are retained from the Th-α paleohexaploidy, or ∼29% of the total transcriptome. For G. gynandra, 16,096 gene pairs fall within the Th-α window, or around 27% of all transcripts.

Histogram showing the amount of gene pairs per Ks bin for T. hassleriana (pink) ...
Fig. 2.
Histogram showing the amount of gene pairs per Ks bin for T. hassleriana (pink) and G. gynandra (blue). The peak at around Ks = 0.45 is an indication of a massive gene birth event and is considered evidence of paleopolyploidy. Both species have an extremely similar peak, indicating that this is a shared polyploidy event. The Ks values of these peaks corresponds with Ks values found earlier for the Th-α hexaploidy event, indicating that this event has occurred before divergence of T. hassleriana and G. gynandra. (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the web version of the article.)
Figure options
3.2. Duplicate loss and retention in essential C4 families

We examined six gene families that are essential in C4 photosynthesis in detail: NAD malic enzyme (NAD-ME), NADP malic enzyme (NADP-ME), β carbonic anhydrase (βCA), malate dehydrogenase (MDH), phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) and phosphoenolpyruvate carboxykinase (PPCK). Using Arabidopsis genes as a reference, homologous clusters were created using a CIP/CALP cutoff of 50/50. 146 homologous pairs could be placed in a cluster across the three species comprising 105 unique genes ( Table 1); 40 in A. thaliana, 57 in T. hassleriana and 49 in G. gynandra. In most cases both Cleomaceae species have around 1.5 times the number of genes of A. thaliana except, interestingly, the NADP-ME family where numbers are almost the same in all species. Also of note is that T. hassleriana has 16% more C4 related genes in total than G. gynandra (57 over 49).

Table 1.
C4 photosynthesis homolog cluster sizes in A. thaliana, T. hassleriana and G. gynandra. Both Cleomaceae species have around 1.5 times the number of genes of A. thaliana except the NADP-ME and NAD-ME families where numbers are lower than average in the Cleomaceae species resulting in a similar amount of homologs in each species for these two gene groups.
A. thaliana T. Hassleriana G. gynandra
βCA 6 10 7
MDH (cyt.) 3 6 6
MDH (mit.) 5 6 6
MDH (per.) 5 8 6
MDH (plast.) 5 6 6
NAD-ME 2 3 3
NADP-ME 4 4 3
PEPC 4 8 6
PPCK 6 6 6

Total 40 57 49
Table options
All genes of one species in a cluster were then aligned to each other and the Ks value of each pairing was established and subsequently binned with a stepsize of Ks = 0.15 ( Fig. 3). At the Ks corresponding to the Th-α hexaploidy, both T. hassleriana and G. gynandra show a relative increase of gene pairs with this amount of synonymous substitutions. A. thaliana at the Ks of its older At-α event shows a similar, if slightly lower increase. Even longer ago in evolutionary time at the Ks corresponding to the β event T. hassleriana has retained ∼20% of C4 related genes, where the other species show 2% and 0% retention for G. gynandra and A. thaliana, respectively. The final confirmed paleohexaploidy that all three species share, the ancient γ event at Ks = 2.4, has contributed substantially to the genetic makeup of all three species. In A. thaliana the number of relations that stem from the γ paleohexaploidy is 23%, with both Cleomaceae at 15% and 21% for T. hassleriana and G. gynandra, respectively.

Histogram showing Ks values of homolog gene clusters associated with C4 ...
Fig. 3.
Histogram showing Ks values of homolog gene clusters associated with C4 photosynthesis: MDH, NAD-ME, NADP-ME, PEPC and βCA. Gene duplication events are marked at their associated Ks value and colored according to earlier publication [28]; a square indicates a duplication (tetraploidy), a circle indicates a triplication (hexaploidy). The contribution of the Th-α (pink circle) and the At-α (orange square) on photosynthesis related gene copy number can be seen at Ks = 0.45 and Ks = 0.6 respectively. The β event at Ks = 1.8 (blue square) has contributed substantially to the expansion of gene copy number in T. hassleriana. Further in evolutionary time, around Ks = 2.4, the γ event (green circle) that is also shared by all three species has contributed equally to the polyploid presence in photosyntenic orthologs. (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the web version of the article.)
Figure options
3.3. Syntenic copy number variation

Syntenic analyses of the previously mentioned gene families was performed using CoGe Synfind [36]. Each T. hassleriana c4 related ortholog was used as a query with T. hassleriana, Arabidopsis thaliana, A. arabicum [37] as a basal representative of Brassicaceae. Thus for the T. hassleriana: A. thaliana: A. arabicum ortholog ratio we would theoretically expect 3 (Th-α):2 (At-α):2. Query results were enumerated and the average number of regions per family was determined ( Fig. 4). For many families, the average is comparable to the 3:2:2 ratio, which is also represented by the average ratio ( Fig. 4, rightmost set of bars) being 3.6:2.1:2.5. The exception is the NAD-ME family, which has seen more than expected retention with an orthologs ratio 4.3:3.3:4.3. The PEPC family also seems slightly under-retained in Brassicaceae, with a ratio of 3.3:1.3:1.6. Unfortunately, syntenic data is impossible to obtain without a sequenced genome so data syntenic regions of G. gynandra will have to be obtained in future work.

Histogram showing average syntenic region copy number for T. hassleriana, A. ...
Fig. 4.
Histogram showing average syntenic region copy number for T. hassleriana, A. thaliana and Aethionema arabicum. Because A. arabicum and A. thaliana both share a paleotetraploidy, the expected ratio of syntenic regions for T. hassleriana: A. thaliana: Aethionema arabicum is 3:2:2. In most cases, syntenic regions follow this distribution which is also reflected in the average ratio of all families being 3.6:2.1:2.5 (rightmost bars). The exception is NAD-ME, where the average region number in both A. arabicum and A. thaliana is as high as T. hassleriana.
Figure options
3.4. Regulation of photosynthetic homolog expression

Both Cleomaceae have substantially more copies of photosynthetic genes (Fig. 4). Using the Cleomaceae expression atlases [17], the expression of separate copies was compared in the C3 and the C4 species. In the expression atlas, the T. hassleriana coding sequence was used as a reference to map expression in both T. hassleriana and G. gynandra to a single Cleomaceae ‘unigene’. Expression was quantified in nine different tissues including three developmental series: development from young to mature leaf (six stages), root, stem, stamen, petal, carpel, sepal, a seedling developmental series (three stages) and a seed time series (three stages).

For the photosynthetic gene families (NAD-ME, NADP-ME, PEPCK, PEPC, MDH, CA), homolog selection resulted in a data set of 43 unigenes with expression data for both Cleomaceae species. Expression levels were normalized and compared amongst photosynthetic gene families, examples of which are plotted for NAD-ME and βCA (Fig. 5). Immediately noticeable is the highly similar expression profiles of G. gynandra when compared to the more chaotic profiles of T. hassleriana. This is observed in all except one gene family. G. gynandra has 176 expressed unigenes with a highly correlated expression pattern (Pearson correlation > 0.95) whereas in T. hassleriana 87 unigenes share a highly correlated expression pattern (Pearson correlation > 0.95).

Canalization in expression of NAD malic enzyme (top and bottom left) and β ...
Fig. 5.
Canalization in expression of NAD malic enzyme (top and bottom left) and β carbonic anhydrase (top and bottom right) homologs in T. hassleriana and G. gynandra. Top left: NAD-ME expression in T. hassleriana. Top right: βCA expression in T. hassleriana. Bottom left: NAD-ME expression in G. gynandra. Bottom right: βCA expression in G. gynandra. (Mapped) gene names and associated colors are displayed, see Materials and Methods for more details on the mapping of G. gynandra transcripts to T. hassleriana genes. Note that leaf0–leaf5 as well as seedling2–seedling6 and seed1–seed3 are time series of the same organ, with the leaf and seedling gradient being two days separated by stage. Transcription levels in G. gynandra (lower graphs) are more strictly regulated across organs, seeds and seedlings. The chaotic patterns in T. hassleriana (upper graphs) results in half the genes having a Pearson correlation > 0.95 compared to G. gynandra.
Figure options
The expression pattern that is observed in G. gynandra in the β-CA family also correspond to their A. thaliana highest ranking match ( Table 2). The cluster consisting of C.spinosa_00253, C.spinosa_13896, C.spinosa_18526 and C.spinosa_10164 for example all match highest to A. thaliana gene β carbonic anhydrase 4 (AT1G70410). The cluster consisting of

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

3. ผลลัพธ์3.1. หลักฐานของ WGD ในชนิดทั้งยืนยันเหตุการณ์ที่ใช้ร่วมกันใช้ชุดเสียงบรรยาย gynandra กรัมและต. hassleriana, paralogs ได้จับคู่กัน โดยค้นหาระเบิดและการกรองข้อมูล CIP/CALP รวม 55,014 paralogs พบ: 26,883 ใน hassleriana ต.ครอบคลุม 49% 28,131 ใน gynandra กรัมครอบคลุม 48% ของเสียงบรรยายและเสียงบรรยาย Paralog คู่ Ks และทดแทน transversion fourfold (4dtv) ถูกกำหนด และ binned เพื่อสร้างการกระจายเวลาวิวัฒนาการ (Fig. 2) พันธุ์ทั้งสองเหตุการณ์เกิดยีนขนาดใหญ่มีนำมาวางรอบ Ks = 0.4 (Fig. 2 ระหว่าง Ks = 0.25 และ Ks = 0.5), ซึ่งตรงกับหน้าต่างเอสก่อตั้งขึ้นก่อนหน้านี้สำหรับเหตุการณ์ด้วยกองทัพ Th hexaploidy [28] ทำการวิเคราะห์เดียวกันโดยใช้ค่า 4dtv และก็คล้ายกันมาก เราตรวจ paralogs ที่อยู่ในจุดสูงสุดด้วยกองทัพ Th เห็นว่า มีรักษาคู่ยีน 15,785 ใน hassleriana ต.จาก Th ด้วยกองทัพ paleohexaploidy หรือ ∼29% ของ transcriptome ทั้งหมด สำหรับ gynandra กรัม 16,096 ยีนคู่อยู่ภาย ในหน้าต่างด้วยกองทัพ Th หรือประมาณ 27% ของใบแสดงผลทั้งหมดการฮิสโตแกรมแสดงจำนวนคู่ของยีนต่อ Ks ช่องสำหรับต. hassleriana (สีชมพู) ...Fig. 2 ฮิสโตแกรมแสดงจำนวนคู่ของยีนต่อ Ks ช่องสำหรับต. hassleriana (สีชมพู) และ gynandra กรัม (ฟ้า) จุดสูงสุดที่รอบ Ks = 0.45 เป็นการบ่งชี้เหตุการณ์เกิดยีนขนาดใหญ่ และถือเป็นหลักฐานของ paleopolyploidy ทั้งสองชนิดได้สูงสุดมากคล้าย ระบุว่า เป็นงานร่วม polyploidy ค่า Ks ของยอดเขาเหล่านี้สอดคล้องกับค่า Ks พบก่อนหน้าเหตุการณ์ของ hexaploidy Th ด้วยกองทัพ บ่งชี้ว่า เหตุการณ์นี้เกิดก่อน divergence ต. hassleriana และ gynandra กรัม (สำหรับตีความอ้างอิงถึงในตำนานนี้รูปสี อ่านว่าเว็บรุ่นของบทความนี้)ตัวเลือกรูป3.2 การสูญเสียและการเก็บรักษาในครอบครัว C4 จำซ้ำเราตรวจสอบครอบครัวยีน 6 ที่จำเป็นในการสังเคราะห์ด้วยแสง C4 ในรายละเอียด: เอนไซม์ malic และดาว์นโหลด (และ-ME), NADP เอนไซม์ malic (NADP-ME), β carbonic anhydrase (βCA), มาลา dehydrogenase (MDH), phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) และ carboxykinase phosphoenolpyruvate (PPCK) โดยใช้การอ้างอิง ยีน Arabidopsis homologous คลัสเตอร์สร้างขึ้นโดยใช้ตัด CIP/CALP ของแบบ สามารถวางคู่ homologous 146 ในคลัสเตอร์ทั้งสามสายพันธุ์ประกอบด้วยยีนเฉพาะ 105 (ตาราง 1); 40 ใน A. thaliana, 57 ในต. hassleriana และ 49 ใน gynandra กรัม ในกรณีส่วนใหญ่ ทั้งสายพันธุ์ Cleomaceae มีประมาณ 1.5 เท่าของจำนวนยีนของ A. thaliana ยกเว้น เรื่องน่าสนใจ ครอบครัว NADP ME ที่ตัวเลขเท่ากันเกือบทุกชนิด ยัง บันทึกเป็นที่ยอมรับ hassleriana ได้ 16% C4 ขึ้นไปที่เกี่ยวข้องกับยีนรวมกว่า gynandra กรัม (57 ผ่าน 49)ตารางที่ 1C4 สังเคราะห์ด้วยแสง homolog คลัสเตอร์ขนาด A. thaliana ต. hassleriana และ gynandra กรัม ทั้งสองสายพันธุ์ Cleomaceae มีประมาณ 1.5 เท่าของจำนวนยีนของ A. thaliana ยกเว้น NADP ME และ ME และครอบครัวต่ำกว่าค่าเฉลี่ยในสายพันธุ์ Cleomaceae ในจำนวน homologs ในแต่ละสายพันธุ์สำหรับกลุ่มยีนสองคล้ายเลขGynandra A. thaliana ต. Hassleriana กรัมΒCA 6 10 7(Cyt.) 3 6 6 MDH(Mit.) 5 6 6 MDH(เปอร์เซ็นต์) 5 8 6 MDHMDH (พลาสท์.) 5 6 6และ-ME 2 3 3NADP-ME 4 4 3PEPC 4 8 6PPCK 6 6 6รวม 40 57 49ตัวเลือกตารางยีนทั้งหมดของสปีชีส์หนึ่งในคลัสเตอร์ได้แล้วชิดกัน และก่อตั้งขึ้น และต่อมา binned กับ stepsize ของ Ks ค่า Ks ของการจับคู่แต่ละ = 0.15 (Fig. 3) ที่ Ks ที่สอดคล้องกับ hexaploidy Th ด้วยกองทัพ ต. hassleriana และ gynandra กรัมแสดงญาติเพิ่มยีนคู่กับพ้องแทนจำนวนนี้ A. thaliana ที่ Ks ของเหตุการณ์ด้วยที่กองทัพของเก่าแสดงเพิ่มเหมือนกัน ถ้าต่ำกว่าเล็กน้อย แม้ต่อมาเวลาวิวัฒนาการที่ Ks สอดคล้องเหตุการณ์βต. hassleriana ที่มีสะสม ∼20% ของ C4 ที่เกี่ยวข้องกับยีน ที่สายพันธุ์อื่นแสดงคงที่ 2% และ 0% gynandra กรัมและ A. thaliana ตามลำดับ Paleohexaploidy ยืนยันขั้นสุดท้ายที่ใช้ร่วมกันทั้งหมด 3 ชนิด เหตุการณ์γโบราณที่ Ks = 2.4 มีส่วนมากการแต่งหน้าทางพันธุกรรมของพันธุ์ทั้งหมด 3 ใน A. thaliana จำนวนความสัมพันธ์ที่เกิดจากγ paleohexaploidy เป็น 23% มีทั้ง Cleomaceae 15% และ 21% ต. hassleriana และ gynandra กรัม ตามลำดับการฮิสโตแกรมแสดงค่า Ks homolog กลุ่มยีนที่เกี่ยวข้องกับ C4 ...Fig. 3 ฮิสโตแกรมแสดงค่า Ks homolog คลัสเตอร์ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง C4: MDH และ-ME, NADP ME, PEPC และ βCA เหตุการณ์ซ้ำยีนจะทำเครื่องหมายที่ค่า Ks ที่เกี่ยวข้องของพวกเขา และสีตามประกาศก่อนหน้านี้ [28]; ซ้ำซ้อน (tetraploidy) ระบุว่า สี่เหลี่ยม วงกลมระบุว่า triplication (hexaploidy) สัดส่วนของการ Th-ด้วยกองทัพ (วงกลมสีชมพู) และการด้วยกองทัพ (สีส้มสี่เหลี่ยม) ในการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เกี่ยวข้องจำนวนสำเนาของยีนสามารถดูได้ที่ Ks = 0.45 และ Ks = 0.6 ตามลำดับ เหตุการณ์βที่ Ks = 1.8 (สี่เหลี่ยมสีน้ำเงิน) มีส่วนมากการขยายตัวของจำนวนสำเนายีนในต. hassleriana เพิ่มเติม ในเวลาวิวัฒนาการ สถาน Ks = 2.4 เหตุการณ์γ (วงกลมสีเขียว) ที่ใช้ร่วมกัน โดยทั้งหมด 3 ชนิดยังมีส่วนเท่า ๆ กันการแสดง polyploid ใน photosyntenic orthologs (สำหรับตีความอ้างอิงถึงในตำนานนี้รูปสี อ่านว่าเว็บรุ่นของบทความนี้)ตัวเลือกรูป3.3. syntenic คัดลอกเปลี่ยนแปลงหมายเลขวิเคราะห์ syntenic ตระกูลยีนดังกล่าวก่อนหน้านี้ถูกดำเนินการโดยใช้ CoGe Synfind [36] C4 hassleriana แต่ละตำบลที่เกี่ยวข้องใช้เป็นแบบสอบถามกับต. hassleriana, Arabidopsis thaliana, A. arabicum [37] เป็นตัวแทนโรคของ Brassicaceae ortholog ดังนั้นสำหรับ hassleriana ต.: A. thaliana: อัตราส่วน ortholog A. arabicum เราครั้งแรกราคาคาด 3 (Th-ด้วยกองทัพ): 2 (ที่ด้วยกองทัพ): 2 สอบได้ระบุ และกำหนดจำนวนเฉลี่ยของภูมิภาคต่อครอบครัว (Fig. 4) จะเทียบได้กับ 3 ที่สำหรับหลายครอบครัว ค่าเฉลี่ย: อัตราส่วน 2:2 ซึ่งยังมีแสดง โดยอัตราเฉลี่ย (Fig. 4 ชุดขวาสุดของแถบ) 3.6:2.1:2.5 ข้อยกเว้นคือ ครอบครัวและ ME ซึ่งได้เห็นมากกว่าคงคาดกับ 4.3:3.3:4.3 มีอัตราส่วน orthologs ครอบครัว PEPC ยังดูเหมือนเล็กน้อยภายใต้เก็บไว้ใน Brassicaceae มีอัตราส่วนของ 3.3:1.3:1.6 อับ syntenic ข้อมูลได้รับ โดยไม่มีกลุ่มตามลำดับดังนั้นขอบเขตข้อมูล syntenic ของ gynandra กรัมจะได้รับในการทำงานในอนาคตการฮิสโตแกรมแสดงจำนวนสำเนาภูมิภาคเฉลี่ย syntenic สำหรับ hassleriana ต. อ....Fig. 4 ฮิสโตแกรมแสดงจำนวนสำเนาภูมิภาคเฉลี่ย syntenic ต. hassleriana, A. thaliana และ Aethionema arabicum เนื่องจากอ. arabicum และ A. thaliana ทั้งร่วม paleotetraploidy อัตราส่วนที่คาดไว้ของภูมิภาค syntenic สำหรับ hassleriana ต.: A. thaliana: Aethionema arabicum เป็น 3:2:2 ในกรณีส่วนใหญ่ พื้นที่ syntenic ตามนี้กระจายซึ่งยังสะท้อนอยู่ในอัตราส่วนเฉลี่ยของครอบครัวทั้งหมดที่มี 3.6:2.1:2.5 (แถบขวาสุด) ข้อยกเว้นคือ และ-ME หมายเลขภูมิภาคเฉลี่ย A. arabicum และ A. thaliana อยู่สูง hassleriana ต.ตัวเลือกรูป3.4. ข้อบังคับของนิพจน์ photosynthetic homologCleomaceae ทั้งมากเพิ่มเติมสำเนาของยีน photosynthetic (Fig. 4) ได้ ใช้ atlases นิพจน์ของ Cleomaceae [17], ถูกเปรียบเทียบนิพจน์ของสำเนา C3 และ C4 สายพันธุ์ ในนิพจน์ atlas, hassleriana ต.รหัสลำดับถูกใช้เป็นการอ้างอิงแมปนิพจน์ในต. hassleriana และ gynandra กรัม Cleomaceae เดียว 'unigene' นิพจน์ถูก quantified ในเก้าเนื้อเยื่อต่าง ๆ รวมทั้งชุดสามพัฒนา: พัฒนาจากหนุ่มสาวผู้ใหญ่ลี (ขั้นตอนที่ 6), ราก ก้าน stamen กลีบดอกไม้ carpel, sepal แหล่งพัฒนาชุด (สามขั้นตอน) และเมล็ดเวลาชุด (ขั้น 3)สำหรับครอบครัว photosynthetic ยีน (และ ME, NADP-ME, PEPCK, PEPC, MDH, CA), homolog เลือกให้ชุดข้อมูลของ unigenes 43 ข้อมูลนิพจน์สำหรับทั้งสองสายพันธุ์ Cleomaceae ระดับนิพจน์ได้ตามปกติ และเมื่อเทียบหมู่ยีน photosynthetic ครอบครัว ตัวอย่างซึ่งมีพล็อตและ ME และ βCA (Fig. 5) แขกเป็นคล้ายสูงโพรไฟล์ gynandra กรัมเมื่อเทียบกับโพรไฟล์การวุ่นวายมาก hassleriana ต.นิพจน์ ย่อยทั้งหมดยกเว้นยีนหนึ่งครอบครัว Gynandra กรัมมี unigenes 176 แสดง ด้วยรูปแบบนิพจน์ correlated สูง (Pearson สัมพันธ์ > 0.95) ในขณะที่ในต. hassleriana 87 unigenes ใช้ร่วมกันรูปแบบนิพจน์ correlated สูง (Pearson สัมพันธ์ > 0.95)Canalization ในนิพจน์และเอนไซม์ malic (บนและล่างซ้าย) และβ...Fig. 5 Canalization ในนิพจน์และเอนไซม์ malic (บนและล่างซ้าย) และβ homologs carbonic anhydrase (บนและล่างขวา) ต. hassleriana และ gynandra กรัม บนซ้าย: ME และนิพจน์ในต. hassleriana บนขวา: βCA hassleriana ต.นิพจน์ ล่างซ้าย: นิพจน์และ ME gynandra กรัม ล่างขวา: นิพจน์ βCA gynandra กรัม แสดงชื่อยีน (แมป) และสีที่เกี่ยวข้อง ดูวัสดุและวิธีการรายละเอียดเพิ่มเติมในการแม็ป gynandra กรัมใบแสดงผลการยีน hassleriana ต. หมายเหตุ leaf0 – leaf5 เป็น seedling2 – seedling6 และ seed1-seed3 อวัยวะเดียวกัน มีการไล่ระดับสีใบไม้และแหล่งชุดเวลาสองวันโดยระยะ ระดับ transcription gynandra กรัม (กราฟล่าง) มีควบคุมอย่างเคร่งครัดมากขึ้นอวัยวะ เมล็ด และกล้าไม้ รูปแบบวุ่นวายผล hassleriana (กราฟบน) ยีนครึ่งมีเพียร์ต.สัมพันธ์ > 0.95 เมื่อเทียบกับ gynandra กรัมตัวเลือกรูปรูปแบบนิพจน์ที่สังเกตใน gynandra กรัมในครอบครัวβ-CA นอกจากนี้ยังสอดคล้องกับของ A. thaliana สูงสุดจัดอันดับแข่งขัน (ตาราง 2) คลัสเตอร์ที่ประกอบด้วย C.spinosa_00253, C.spinosa_13896, C.spinosa_18526 และ C.spinosa_10164 ตัวอย่างทั้งหมดตรงกับสูงที่สุดจากการ A. thaliana ยีนβ carbonic anhydrase 4 (AT1G70410) คลัสเตอร์ที่ประกอบด้วย

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

3. ผล
3.1 หลักฐานของ WGD ในทั้งสองชนิดยืนยันเหตุการณ์ที่ใช้ร่วมกันโดยใช้ชุดสำเนากรัมgynandra ตันและ hassleriana, paralogs ถูกจับคู่กับแต่ละอื่น ๆ โดยการค้นหาระเบิดและการกรอง CIP / Calp ทั้งหมด 55,014 paralogs ที่พบ: 26,883 ตันใน hassleriana ครอบคลุม 49% ของพื้นที่และหลักฐานใน 28131 กรัม gynandra ครอบคลุม 48% ของพื้นที่หลักฐาน ของคู่ paralog ทุก Ks และแทน transversion จาตุรงค์ (4DTV) ได้รับการพิจารณาและ binned ที่จะสร้างการกระจายเวลาวิวัฒนาการ (รูปที่. 2) ในทั้งสองชนิดเป็นเหตุการณ์ที่เกิดยีนที่มีขนาดใหญ่ได้เกิดขึ้นทั่ว Ks = 0.4 (รูปที่ 2. ระหว่าง Ks = 0.25 และ Ks = 0.5) ซึ่งสอดคล้องกับหน้าต่าง Ks จัดตั้งขึ้นก่อนหน้านี้สำหรับเหตุการณ์ hexaploidy Th-α [28] การวิเคราะห์เดียวกันได้ดำเนินการโดยใช้ค่า 4DTV และผลมีความคล้ายคลึงกันมาก แจง paralogs ที่ตกอยู่ในจุดสูงสุด Th-αเราจะเห็นว่า 15,785 คู่ยีนตัน hassleriana จะถูกเก็บไว้จาก paleohexaploidy Th-αหรือ ~29% ของยีนรวม สำหรับกรัม gynandra, 16,096 คู่ยีนตกอยู่ในหน้าต่าง Th-αหรือประมาณ 27% ของทั้งหมดจิตบำบัด. Histogram แสดงจำนวนของคู่ยีนต่อถัง Ks ตันสำหรับ hassleriana (สีชมพู) ... รูป 2. กราฟแสดงปริมาณของคู่ยีนต่อถัง Ks สำหรับ hassleriana ต (สีชมพู) และจี gynandra (สีฟ้า) ยอดเขาที่ Ks รอบ = 0.45 เป็นตัวบ่งบอกถึงเหตุการณ์ที่เกิดยีนขนาดใหญ่และมีการพิจารณาหลักฐานของ Paleopolyploidy ทั้งสองชนิดมีจุดสูงสุดที่คล้ายกันมากแสดงให้เห็นว่าเรื่องนี้เป็นเหตุการณ์ที่ polyploidy ที่ใช้ร่วมกัน ค่า Ks ของยอดเขาเหล่านี้สอดคล้องกับค่านิยม Ks พบก่อนหน้านี้สำหรับเหตุการณ์ hexaploidy Th-αแสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์นี้ได้เกิดขึ้นก่อนที่ความแตกต่างของ T. hassleriana กรัมและ gynandra (สำหรับความหมายของการอ้างอิงสีในตำนานตัวเลขนี้ผู้อ่านจะเรียกว่าเว็บรุ่นของบทความ.) ตัวเลือกรูปที่3.2 ซ้ำการสูญเสียและการเก็บรักษาในครอบครัวที่สำคัญ C4 เราตรวจสอบหกครอบครัวยีนที่มีความจำเป็นในการสังเคราะห์แสง C4 ในรายละเอียด: NAD เอนไซม์มาลิก (NAD-ME) เอนไซม์ NADP มาลิก (NADP-ME) anhydrase คาร์บอβ (βCA) dehydrogenase malate ( MDH), คาร์บอกซิ phosphoenolpyruvate (PEPC) และ phosphoenolpyruvate carboxykinase (PPCK) ใช้ยีน Arabidopsis เป็นข้อมูลอ้างอิงกลุ่มเดียวกันถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัด CIP / Calp 50/50 146 คู่ที่คล้ายคลึงกันอาจจะอยู่ในคลัสเตอร์ทั่วทั้งสามสายพันธุ์ประกอบด้วย 105 ยีนที่ไม่ซ้ำกัน (ตารางที่ 1); 40 thaliana เอ 57 ในต hassleriana และ 49 กรัมใน gynandra ในกรณีส่วนใหญ่ทั้งสองชนิด Cleomaceae มีประมาณ 1.5 เท่าของจำนวนของยีนของเอ thaliana ยกเว้นที่น่าสนใจครอบครัว NADP-ME ที่ตัวเลขที่เกือบจะเหมือนกันในทุกชนิด ยังมีโน้ตคือ T. hassleriana มี 16% มียีนที่เกี่ยวข้องกับ C4 รวมกว่ากรัม gynandra (57 49). ตารางที่ 1 C4 สังเคราะห์ขนาดกลุ่ม homolog ใน thaliana เอต hassleriana กรัมและ gynandra ทั้งสองชนิด Cleomaceae มีประมาณ 1.5 เท่าของจำนวนของยีนของเอ thaliana ยกเว้นครอบครัว NADP-ME และ NAD-ME ที่ตัวเลขต่ำกว่าค่าเฉลี่ยในสายพันธุ์ Cleomaceae ส่งผลให้จำนวนเงินที่คล้ายกันของโฮโมลอกในแต่ละสายพันธุ์สำหรับทั้งสองกลุ่มยีน . เอ thaliana ต Hassleriana กรัม gynandra βCA 6 10 7 MDH (CYT.) 3 6 6 MDH (mit.) 5 6 6 MDH (ต่อ.) 5 8 6 MDH (พลาส.) 5 6 6 NAD-ME 2 3 3 NADP -Me 4 4 3 PEPC 4 6 8 PPCK 6 6 6 รวม 40 57 49 ตัวเลือกตารางยีนทุกชนิดหนึ่งในกลุ่มนั้นถูกจัดชิดกันและค่า Ks ของแต่ละการจับคู่ได้ก่อตั้งขึ้นและต่อมากับ binned stepsize ของ Ks = 0.15 (รูปที่. 3) ที่ Ks สอดคล้องกับ hexaploidy Th-αทั้ง T. hassleriana กรัมและ gynandra แสดงเพิ่มขึ้นความสัมพันธ์ของคู่ยีนที่มีจำนวนของการแทนความหมายเหมือนกันนี้ A. thaliana ที่ Ks เก่าของเหตุการณ์ที่-αแสดงที่คล้ายกันถ้าเพิ่มขึ้นลดลงเล็กน้อย ได้อีกต่อไปที่ผ่านมาในเวลาวิวัฒนาการที่ Ks สอดคล้องกับเหตุการณ์βต hassleriana ยังคงรักษา ~20% ของยีนที่เกี่ยวข้องกับ C4 ที่แสดงสายพันธุ์อื่น ๆ 2% และ 0% สำหรับการเก็บรักษา gynandra กรัมและ thaliana เอตามลำดับ สุดท้ายได้รับการยืนยัน paleohexaploidy ว่าทั้งสามสายพันธุ์ที่ร่วมเหตุการณ์γโบราณที่ Ks = 2.4 ได้มีส่วนร่วมอย่างมากกับพันธุกรรมของทั้งสามสายพันธุ์ ในเอ thaliana จำนวนของความสัมพันธ์ที่เกิดจาก paleohexaploidy γเป็น 23% โดยมี Cleomaceae ทั้งที่ 15% และ 21% สำหรับที hassleriana กรัมและ gynandra ตามลำดับ. Histogram แสดงค่า Ks กลุ่มของยีนที่เกี่ยวข้องกับการ homolog C4 .. รูป 3. Histogram แสดงค่า Ks กลุ่มยีน homolog ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสง C4: MDH, NAD-ME, NADP-ME, PEPC และβCA เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นซ้ำซ้อนยีนมีการทำเครื่องหมายด้วยมูลค่า Ks เกี่ยวข้องของพวกเขาและสีตามสิ่งพิมพ์ก่อนหน้านี้ [28]; ตารางที่บ่งชี้ว่ามีการทำสำเนา (tetraploidy) วงกลมบ่งชี้ triplication (ที่ hexaploidy) ผลงานของ TH-α (วงกลมสีชมพู) และ At-α (สีส้มสแควร์) ในการสังเคราะห์แสงที่เกี่ยวข้องกับจำนวนสำเนายีนสามารถมองเห็นที่ Ks = 0.45 และ Ks = 0.6 ตามลำดับ เหตุการณ์ที่ Ks β = 1.8 (ตารางสีฟ้า) ได้มีส่วนร่วมอย่างมากในการขยายตัวของจำนวนสำเนายีนตัน hassleriana ต่อไปในเวลาวิวัฒนาการรอบ Ks = 2.4 เหตุการณ์γ (วงกลมสีเขียว) ที่ใช้ร่วมกันโดยทั้งสามสายพันธุ์ที่ได้มีส่วนร่วมอย่างเท่าเทียมกันในการแสดงตนใน polyploid orthologs photosyntenic (สำหรับความหมายของการอ้างอิงสีในตำนานตัวเลขนี้ผู้อ่านจะเรียกว่าเว็บรุ่นของบทความ.) ตัวเลือกรูปที่3.3 จำนวนสำเนา Syntenic เปลี่ยนแปลงSyntenic วิเคราะห์ของครอบครัวกล่าวก่อนหน้านี้ได้ดำเนินการถ่ายทอดทางพันธุกรรมโดยใช้ CoGe Synfind [36] แต่ละที hassleriana c4 ortholog ที่เกี่ยวข้องใช้เป็นแบบสอบถามที่มีต hassleriana, Arabidopsis thaliana, A. arabicum [37] ในฐานะตัวแทนของฐานบรา ดังนั้นสำหรับ T. hassleriana: เอ thaliana อัตราส่วน A. arabicum ortholog เราในทางทฤษฎีจะคาดหวัง 3 (Th-α): 2 (At-α): 2 ผลการค้นหาที่ถูกแจกแจงและค่าเฉลี่ยของจำนวนภูมิภาคต่อครอบครัวถูกกำหนด (รูปที่. 4) สำหรับหลายครอบครัวเฉลี่ยก็เปรียบได้กับ 3: 2: 2 อัตราส่วนซึ่งเป็นตัวแทนโดยอัตราส่วนเฉลี่ย (Fig. 4 ชุดขวาสุดของบาร์) เป็น 3.6: 2.1: 2.5 ยกเว้นเป็นครอบครัว NAD-ME ซึ่งได้เห็นมากกว่าการเก็บรักษาคาดว่าจะมีอัตราส่วน orthologs 4.3: 3.3: 4.3 ครอบครัว PEPC ยังดูเหมือนเล็กน้อยภายใต้การเก็บไว้ในบราที่มีอัตราส่วน 3.3: 1.3: 1.6 แต่น่าเสียดายที่ข้อมูล syntenic เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับโดยไม่ต้องติดใจจีโนมเพื่อให้ข้อมูลของภูมิภาค syntenic gynandra กรัมจะต้องได้รับในการทำงานในอนาคต. Histogram แสดงค่าเฉลี่ยจำนวนสำเนาภูมิภาค syntenic สำหรับ hassleriana ทีเอ ... รูป 4. Histogram แสดงค่าเฉลี่ยจำนวนสำเนาภูมิภาค syntenic สำหรับ hassleriana ทีเอ thaliana และ Aethionema arabicum เพราะ A. arabicum และเอ thaliana ทั้งสองร่วมกัน paleotetraploidy อัตราส่วนที่คาดหวังของภูมิภาค syntenic สำหรับ T. hassleriana: เอ thaliana: Aethionema arabicum เป็น 3: 2: 2 ในกรณีส่วนใหญ่ตามภูมิภาค syntenic กระจายนี้ซึ่งสะท้อนให้เห็นในอัตราส่วนเฉลี่ยของทุกครอบครัวเป็น 3.6: 2.1: 2.5 (แถบขวาสุด) ยกเว้นเป็น NAD-ME ที่ตัวเลขเฉลี่ยภูมิภาคทั้งใน arabicum เอและเอ thaliana จะสูงถึงตัน hassleriana. เลือกรูปที่3.4 ควบคุมการแสดงออกของ homolog สังเคราะห์ทั้งCleomaceae มีสำเนามากขึ้นของยีนสังเคราะห์ (รูปที่. 4) ใช้แผนที่ Cleomaceae แสดงออก [17] การแสดงออกของสำเนาที่แยกต่างหากเมื่อเทียบใน C3 และ C4 สายพันธุ์ แผนที่ในการแสดงออกลำดับตัน hassleriana เข้ารหัสถูกนำมาใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงเพื่อแมแสดงออกทั้งในและต hassleriana กรัม gynandra ไป Cleomaceae เดียว Unigene ' การแสดงออกที่ถูกวัดเก้าในเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันรวมทั้งสามชุดพัฒนาการพัฒนาจากหนุ่มสาวที่จะใบผู้ใหญ่ (หกขั้นตอน) รากก้านเกสร, กลีบดอก, เกสรดอกไม้, กลีบเลี้ยงมีต้นกล้าชุดพัฒนา (สามขั้นตอน) และอนุกรมเวลาเมล็ด (สาม ขั้นตอน). สำหรับครอบครัวยีนสังเคราะห์ (NAD-ME, NADP-ME, PEPCK, PEPC, MDH, CA) เลือก homolog ผลในชุดข้อมูล 43 unigenes กับข้อมูลการแสดงออกสำหรับทั้งสองชนิด Cleomaceae ระดับการแสดงออกเป็นปกติและเมื่อเทียบกับในหมู่ครอบครัวยีนสังเคราะห์ตัวอย่างที่มีการวางแผนสำหรับ NAD-ME และβCA (รูปที่. 5) ที่เห็นได้ชัดเจนทันทีที่คล้ายกันเป็นอย่างมากรูปแบบการแสดงออกของจี gynandra เมื่อเปรียบเทียบกับโปรไฟล์วุ่นวายมากขึ้นของที hassleriana นี้เป็นที่สังเกตในทั้งหมดยกเว้นครอบครัวของยีน G. gynandra ได้ 176 แสดง unigenes ที่มีรูปแบบการแสดงออกของความสัมพันธ์ (เพียร์สันสัมพันธ์> 0.95) ในขณะที่ในต hassleriana 87 unigenes แบ่งปันรูปแบบการแสดงออกมีความสัมพันธ์อย่างมาก (เพียร์สันสัมพันธ์> 0.95). canalization ในการแสดงออกของเอนไซม์ NAD มาลิก (บนและด้านล่าง ซ้าย) และβ ... รูป 5. canalization ในการแสดงออกของเอนไซม์ NAD มาลิก (บนและด้านล่างซ้าย) และβ anhydrase คาร์บอ (ด้านบนและด้านล่างขวา) ใน homologs ต hassleriana กรัมและ gynandra ด้านบนซ้าย: NAD-ME แสดงออกใน T. hassleriana ด้านบนขวา: βCAแสดงออกใน T. hassleriana ล่างซ้าย: นิพจน์ NAD-ME ในกรัม gynandra ล่างขวา: βCAแสดงออกในกรัม gynandra (แมป) ชื่อและสีของยีนที่เกี่ยวข้องจะแสดงให้ดูวัสดุและวิธีการสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำแผนที่ของจิตบำบัดกรัม gynandra ทียีน hassleriana โปรดทราบว่า leaf0-leaf5 เช่นเดียวกับ seedling2-seedling6 และ seed1-seed3 เป็นอนุกรมเวลาของอวัยวะเดียวกันกับใบและไล่ระดับต้นกล้าเป็นสองวันแยกจากกันโดยขั้นตอน ระดับถอดความใน gynandra กรัม (กราฟล่าง) มีการควบคุมอย่างเคร่งครัดมากขึ้นทั่วอวัยวะเมล็ดพันธุ์และต้นกล้า รูปแบบการวุ่นวายใน T. hassleriana (กราฟบน) ส่งผลให้ครึ่งหนึ่งของยีนที่มีความสัมพันธ์เพียร์สัน> 0.95 เมื่อเทียบกับจี gynandra. เลือกรูปแบบการแสดงออกที่เป็นที่สังเกตในกรัม gynandra ในครอบครัวβ-CA ยังสอดคล้องกับของพวกเขา A. การแข่งขันการจัดอันดับสูงสุด thaliana (ตารางที่ 2) คลัสเตอร์ประกอบด้วย C.spinosa_00253, C.spinosa_13896, C.spinosa_18526 และ C.spinosa_10164 เช่นการแข่งขันทั้งหมดสูงสุดให้กับเอยีน thaliana β anhydrase คาร์บอ 4 (AT1G70410) กลุ่มประกอบด้วย