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  Wild tobacco genomes reveal the evolution of nicotine biosynthesis

Xu, S., Brockmoeller, T., Navarro-Quezada, A., Kuhl, H., Gase, K., Ling, Z., Zhou, W., Kreitzer, C., Stanke, M., Tang, H., Lyons, E., Pandey, P., Pandey, S. P., Timmermann, B., Gaquerel, E., & Baldwin, I. T. (2017). Wild tobacco genomes reveal the evolution of nicotine biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114(23), 6133-6138. doi:10.1101/107565.

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基本情報

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資料種別: 学術論文

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Xu.pdf (出版社版), 2MB
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https://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-002D-D5C1-5
ファイル名:
Xu.pdf
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MIMEタイプ / チェックサム:
application/pdf / [MD5]
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著作権日付:
-
著作権情報:
© 2017 National Academy of Sciences
CCライセンス:
-

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作成者

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 作成者:
Xu, Shuqing1, 著者           
Brockmoeller, Thomas1, 2, 著者           
Navarro-Quezada, Aura, 著者
Kuhl, Heiner, 著者
Gase, Klaus1, 著者           
Ling, Zhihao1, 2, 著者           
Zhou, Wenwu1, 著者           
Kreitzer, Christoph1, 著者           
Stanke, Mario, 著者
Tang, Haibao, 著者
Lyons, Eric, 著者
Pandey, Priyanka, 著者
Pandey, Shree Prakash, 著者
Timmermann, Bernd3, 著者           
Gaquerel, Emmanuel, 著者
Baldwin, Ian Thomas1, 著者           
所属:
1Department of Molecular Ecology, Prof. I. T. Baldwin, MPI for Chemical Ecology, Max Planck Society, ou_24029              
2IMPRS on Ecological Interactions, MPI for Chemical Ecology, Max Planck Society, Jena, DE, ou_421900              
3Sequencing (Head: Bernd Timmermann), Scientific Service (Head: Christoph Krukenkamp), Max Planck Institute for Molecular Genetics, Max Planck Society, ou_1479670              

内容説明

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キーワード: Nicotiana genomes, genome-wide multiplications, transposable elements, nicotine biosynthesis, expression divergence
 要旨: Nicotine, the signature alkaloid of Nicotiana species responsible for the addictive properties of human tobacco smoking, functions as a defensive neurotoxin against attacking herbivores. However, the evolution of the genetic features that contributed to the assembly of the nicotine biosynthetic pathway remains unknown. We sequenced and assembled genomes of two wild tobaccos, Nicotiana attenuata (2.5 Gb) and N. obtusifolia (1.5 Gb), two ecological models for investigating adaptive traits in nature. We show that after the Solanaceae whole genome triplication event, a repertoire of rapidly expanding transposable elements (TEs) bloated these Nicotiana genomes, promoted expression divergences among duplicated genes and contributed to the evolution of herbivory-induced signaling and defenses, including nicotine biosynthesis. The biosynthetic machinery that allows for nicotine synthesis in the roots evolved from the stepwise duplications of two ancient primary metabolic pathways: the polyamine and nicotinic acid dinucleotide (NAD) pathways. While the duplication of the former is shared among several Solanaceous genera which produce polyamine-derived tropane alkaloids, the innovation and efficient production of nicotine in the genus Nicotiana required lineage-specific duplications within the NAD pathway and the evolution of root-specific expression of the duplicated Solanaceae-specific ethylene response factor (ERF) that activates the expression of all nicotine biosynthetic genes. Furthermore, TE insertions that incorporated transcription factor binding motifs also likely contributed to the coordinated metabolic flux of the nicotine biosynthetic pathway. Together, these results provide evidence that TEs and gene duplications facilitated the emergence of a key metabolic innovation relevant to plant fitness.

資料詳細

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言語: eng - English
 日付: 2017-04-272017-05-232017-06-06
 出版の状態: 出版
 ページ: 6
 出版情報: -
 目次: -
 査読: -
 識別子(DOI, ISBNなど): その他: ITB540
DOI: 10.1101/107565
 学位: -

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訴訟

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Project information

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出版物 1

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出版物名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
  その他 : Proc. Acad. Sci. USA
  その他 : Proc. Acad. Sci. U.S.A.
  省略形 : PNAS
種別: 学術雑誌
 著者・編者:
所属:
出版社, 出版地: Washington, D.C. : National Academy of Sciences
ページ: - 巻号: 114 (23) 通巻号: - 開始・終了ページ: 6133 - 6138 識別子(ISBN, ISSN, DOIなど): ISSN: 0027-8424
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/954925427230