나팔꽃 유전체의 의미 #

1. 돌연변이가 있는 식물의 유전적 기초 연구를 위한 모델 식물
2. Transposon element(Tpn1)로 인한 다양한 mutation 발생
3. 가지과 작물과의 종 분화 이후 convolulaceae과에서의 자체적인 whole genome duplication (WGD) 발생

Ks란? #

1. 단백질 코딩 영역안에서 아미노산의 변화 없이 DNA 염기가 변화되는 형태로 silent mutation이라고도 한다.( 참고로 아미노산의 변화를 수반하는 경우는 Ka라 한다. 자세한 내용는 (KaKs)를 참조)

분석 방법 #

1. 분석하고자 하는 종내 모든 단백질을 대상으로 ortholog 관계를 분석한다. (orthoMCL)

   1. 나팔꽃 분석을 위해 나팔꽃, 토마토, 감자, 고추, 키위, 포도, 벼 단백질을 사용했으며 이중 벼는 out-group으로 설정하였다.
   

2. 한 종내에서는 paralog cluster내 단백질 간의 변이률을 계산하고 종간에는 1:1 pair가 되는 단백질간의 변이를 분석한다. => Ks 비율을 계산

   1. 종내 Ks 비교 분석 : 나팔꽃, 토마토, 키위 각각 수행        
   2. 종간 Ks 비교 분석 : 나팔꽃vs토마토, 나팔꽃vs키위, 토마토vs키위
   

3. Ks value에 따른 단백질 분포도를 그래프화 하여 main peak를 확인하고 Ks value가 낮을수록 최근의 event로 확인한다.

결과 (나팔꽃과 토마토, 키위간의 관계분석) #

(a) Divergence time estimation using BEAST. The scale bar 20.0 corresponds to Myr ago. The node labels indicate estimated divergence times in Myr ago, with estimations from TTOL in parentheses, and the branch labels indicate the clades within the branch. (b) Distribution of Ks values against the corresponding percentage of syntenic genes, comparing I. nil and tomato against kiwifruit. The colours violet, magenta, orange, turquoise, blue, and purple represent the Ks values of I. nil versus I. nil, S. lycopersicum versus S. lycopersicum, I. nil versus S. lycopersicum, A. chinensis versus A. chinensis, S. lycopersicum versus A. chinensis, and I. nil versus A. chinensis respectively. Speciation events among the three species and lineage specific WGDs are highlighted with arrows.

1. 7개 종간의 진화론적 유연관계 분석은 ortholog 분석을 통해 모든 종에서 확인되는 single copy유전자를 모두 모아 분석한 결과 그림과 같이 키위의 종분화가 먼저 발생하고 이후 가지과 작물과 나팔꽃이 분기된 것으로 확인되었다(figure a).
2. Ks로 확인한 키위, 토마토, 나팔꽃의 관계에서는 Ks peak에서 가장 큰 Ks value를 갖는 키위와 토마토가 가장 진화적으로 거리가 멀고(파란색) 키위와 나팔꽃, 나팔꽃과 토마토가 가까운 순으로 확인되었다.
3. 종분화가 이뤄진 이후에 3종 모두 자체적인 WGD가 발생했으며 특히, 키위의 경우 종분화 이후 가장 최근에 두 번의 WGD가 발생한 것으로 확인되었다.

참조 문헌 #

1. Hoshino A., et al., Genome sequence and analysis of the Japanese morning glory Ipomoea nil. 2016 Nat Commun. 7:13295. doi: 10.1038/ncomms13295. (PMID:27824041) (http://www.nature.com/articles/ncomms13295)

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