C4 photosynthesis is a trait that h

C4 photosynthesis is a trait that has evolved in 66 independent plant lineages and increases the efficiency
of carbon fixation. The shift from C3 to C4 photosynthesis requires substantial changes to genes and
gene functions effecting phenotypic, physiological and enzymatic changes. We investigate the role of
ancient whole genome duplications (WGD) as a source of new genes in the development of this trait and
compare expression between paralog copies. We compare Gynandropsis gynandra, the closest relative
of Arabidopsis that uses C4 photosynthesis, with its C3 relative Tarenaya hassleriana that underwent
a WGD named Th-. We establish through comparison of paralog synonymous substitution rate that
both species share this paleohexaploidy. Homologous clusters of photosynthetic gene families show that
gene copy numbers are similar to what would be expected given their duplication history and that no
significant difference between the C3 and C4 species exists in terms of gene copy number. This is further
confirmed by syntenic analysis of T. hassleriana, Arabidopsis thaliana and Aethionema arabicum, where
syntenic region copy number ratios lie close to what could be theoretically expected. Expression levels of
C4 photosynthesis orthologs show that regulation of transcript abundance in T. hassleriana is much less
strictly controlled than in G. gynandra, where orthologs have extremely similar expression patterns in
different organs, seedlings and seeds. We conclude that the Th- and older paleopolyploidy events have
had a significant influence on the specific genetic makeup of Cleomaceae versus Brassicaceae. Because
the copy number of various essential genes involved in C4 photosynthesis is not significantly influenced
by polyploidy combined with the factthattranscript abundance in G. gynandra is more strictly controlled,
we also conclude that recruitment of existing genes through regulatory changes is more likely to have
played a role in the shift to C4 than the neofunctionalization of duplicated genes.
DATA: The data deposited at NCBI represents raw RNA reads for each data series mentioned: 5 leaf
stages, root, stem, stamen, petal, carpel, sepal, 3 seedling stages and 3 seed stages of Tarenaya hassleriana
and Gynandropsis gynandra. The assembled reads were used for all analyses of this paper where RNA
was used. h

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การสังเคราะห์ด้วยแสง C4 อยู่ติดที่มีพัฒนาในเชื้อชาติ 66 โรงงานอิสระ และเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอน การเปลี่ยนแปลงยีนพบต้องเปลี่ยนจาก C3 กับ C4 สังเคราะห์ด้วยแสง และฟังก์ชันยีนที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงฟีโนไทป์ สรีรวิทยา และเอนไซม์ในระบบ เราตรวจสอบบทบาทของโบราณทั้งจีโนม duplications (WGD) เป็นแหล่งของยีนใหม่ในการพัฒนานี้ติด และเปรียบเทียบนิพจน์ระหว่างสำเนา paralog เราเปรียบเทียบ Gynandropsis gynandra ญาติใกล้ชิดของ Arabidopsis ที่ใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง C4 มีของ C3 ญาติ Tarenaya hassleriana ที่ประกอบไปด้วยWGD ที่ชื่อ Th- เราสร้าง โดยเปรียบเทียบของ paralog พ้องแทนอัตราที่ทั้งสองชนิดร่วมกัน paleohexaploidy นี้ คลัสเตอร์ homologous ตระกูลยีน photosynthetic แสดงว่าหมายเลขสำเนาของยีนจะเหมือนกับว่าจะคาดหวังให้ประวัติศาสตร์ซ้ำของพวกเขาและที่ไม่ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพันธุ์ C3 และ C4 ในแง่ของยีนสำเนาหมายเลขแล้ว กล่าวเพิ่มเติมยืนยัน โดยวิเคราะห์ syntenic hassleriana ต. Arabidopsis thaliana และ Aethionema arabicum ที่อัตราส่วนหมายเลขสำเนาภูมิภาค syntenic อยู่ใกล้กับอะไรอาจจะครั้งแรกราคาคาด ระดับนิพจน์C4 orthologs สังเคราะห์ด้วยแสงแสดงว่า ระเบียบของเสียงบรรยายความในต. hassleriana น้อยมากควบคุมอย่างเข้มงวดกว่าใน gynandra กรัม ที่ orthologs มีรูปแบบนิพจน์ที่คล้ายคลึงกันมากในอวัยวะต่าง ๆ กล้าไม้ และเมล็ดพืช เราสรุปว่า Th - กับเหตุการณ์ paleopolyploidy เก่าได้มีอิทธิพลสำคัญในการแต่งหน้าทางพันธุกรรมเฉพาะของ Cleomaceae กับ Brassicaceae เนื่องจากจำนวนสำเนาของยีนที่สำคัญต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องในการสังเคราะห์ด้วยแสงของ C4 เป็นไม่มากมีอิทธิพลต่อโดย polyploidy รวมกับ factthattranscript อุดมสมบูรณ์ใน gynandra กรัมเพิ่มเติมอย่างเคร่งครัดควบคุมเรายังสรุปว่า สรรหาของยีนที่มีอยู่ผ่านการเปลี่ยนแปลงข้อบังคับมักจะมีเล่นบทบาทในกะกับ C4 กว่า neofunctionalization ของยีนซ้ำข้อมูล: ดิบอ่านอาร์เอ็นเอแต่ละชุดข้อมูลดังกล่าวแสดงถึงข้อมูลที่ฝากที่ NCBI: 5 ใบขั้น ราก ก้าน stamen กลีบดอกไม้ carpel, sepal แหล่ง 3 ขั้น และขั้น 3 เมล็ดของ Tarenaya hasslerianaและ Gynandropsis gynandra ใช้อ่านประกอบในการวิเคราะห์ทั้งหมดของเอกสารนี้ที่อาร์เอ็นเอใช้ h

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การสังเคราะห์ C4 เป็นลักษณะที่มีการพัฒนาใน 66 lineages
พืชที่เป็นอิสระและเพิ่มประสิทธิภาพของการตรึงคาร์บอน การเปลี่ยนแปลงจากการสังเคราะห์แสง C3 C4
ต้องมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากให้กับยีนและฟังก์ชั่นของยีนที่มีผลต่อฟีโนไทป์การเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาและเอนไซม์ เราจะตรวจสอบบทบาทของเลียนทั้งจีโนมโบราณ (WGD) เป็นแหล่งที่มาของยีนใหม่ ๆ ในการพัฒนาลักษณะนี้และเปรียบเทียบการแสดงออกระหว่างสำเนาparalog เราเปรียบเทียบ Gynandropsis gynandra, ญาติสนิทของArabidopsis ที่ใช้สังเคราะห์แสง C4 กับ C3 ญาติ hassleriana Tarenaya ที่เปลี่ยนไปWGD ชื่อ Th- เราสร้างผ่านการเปรียบเทียบ paralog อัตราทดแทนความหมายเหมือนกันว่าทั้งสองชนิดร่วมกันpaleohexaploidy นี้ กลุ่มคล้ายคลึงกันของครอบครัวยีนสังเคราะห์แสงแสดงให้เห็นว่าตัวเลขสำเนาของยีนที่มีความคล้ายคลึงกับสิ่งที่จะได้รับการคาดว่าจะได้รับการทำสำเนาประวัติศาสตร์ของพวกเขาและว่าไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างC3 และ C4 สายพันธุ์ที่มีอยู่ในแง่ของจำนวนสำเนายีน ต่อไปนี้จะได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ syntenic ที hassleriana, Arabidopsis thaliana และ Aethionema arabicum ที่คัดลอกภูมิภาคsyntenic อัตราส่วนจำนวนอยู่ใกล้กับสิ่งที่อาจจะคาดว่าในทางทฤษฎี ระดับการแสดงออกของC4 สังเคราะห์ orthologs แสดงการควบคุมของความอุดมสมบูรณ์หลักฐานใน hassleriana ตที่น้อยกว่าการควบคุมอย่างเคร่งครัดกว่าในจีgynandra ที่ orthologs มีรูปแบบการแสดงออกที่คล้ายกันอย่างมากในอวัยวะที่แตกต่างกัน, ต้นกล้าและเมล็ด เราสรุปได้ว่า Th- และผู้สูงอายุเหตุการณ์ Paleopolyploidy ได้มีอิทธิพลสำคัญในการแต่งหน้าทางพันธุกรรมที่เฉพาะเจาะจงของCleomaceae เมื่อเทียบกับบรา เพราะจำนวนสำเนาของยีนที่สำคัญต่างๆที่เกี่ยวข้องในการสังเคราะห์แสง C4 ไม่ได้รับอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญโดยpolyploidy รวมกับความอุดมสมบูรณ์ใน factthattranscript gynandra จีถูกควบคุมอย่างเคร่งครัดมากขึ้น, เรายังสรุปการรับสมัครของยีนที่มีอยู่ซึ่งผ่านการเปลี่ยนแปลงกฎระเบียบที่มีแนวโน้มที่จะได้เล่นมีบทบาทในการเปลี่ยนไปใช้ C4 กว่า neofunctionalization ของยีนซ้ำที่. ข้อมูล: ข้อมูลฝาก NCBI เป็นตัวแทนของอาร์เอ็นเอดิบอ่านสำหรับแต่ละชุดข้อมูลที่กล่าวถึง: 5 ใบขั้นตอนรากก้านเกสร, กลีบดอก, เกสรดอกไม้, กลีบเลี้ยง 3 ขั้นต้นกล้าและ 3 ขั้นตอนเมล็ด Tarenaya hassleriana และ Gynandropsis gynandra ประกอบอ่านถูกนำมาใช้สำหรับการวิเคราะห์ทั้งหมดของบทความนี้ที่อาร์เอ็นเอที่ใช้ ชั่วโมง