Boechera strictaの生態学的ゲノミクス：メチオニンと分岐鎖アミノ酸由来のグルコシノレートと昆虫の草食性レベルの割り当てを制御するQTLの同定

アブラナ科では、グルコシノール酸塩が多くの昆虫草食動物の摂食、繁殖、発達に影響を与えます。グルコシノール酸の産生と草食動物の摂食への影響は、モデル種、シロイヌナズナ、アブラシカ作物で広く研究されており、どちらも主にアミノ酸、メチオニンに由来する葉のグルコシノレートを構成的に生成します。分岐鎖アミノ酸（BCAA）、バリン、イソロイシンなどの他の脂肪族アミノ酸に由来するグルコシノレートの防御における調節または役割についてはあまり知られていない。葉と種子の両方のBCAA-vsメチオニン由来のグルコシノレートへの割り当てを制御するBoechera strictaのグルコシノレート多型を特定しました。B. Strictaは、北米西部のほとんど邪魔されない生息地で成長する多年生種です。以前に遺伝子マップ構築に使用されていた192 f（2）系統のグルコシノレートプロファイルと濃度を測定しました。また、ジェネラリストの鱗pid目、Trichoplusia Niを使用して、F（2）ラインあたりの6つのF（3）の複製で草食アッセイを実行しました。定量的形質軌跡（QTL）分析により、グルコシノレートプロファイルと草食性のレベル、分岐鎖メチオニン割り当て、またはBCMA QTLの両方を制御する単一の遺伝子座を特定しました。このQTLを、幅がわずか1.9 cmの1.0 LOD信頼区間を持つ小さなゲノム領域に削除しました。また、メチオニン由来のグルコシノレートは、このジェネラリスト昆虫の草食動物による摂食に対するBCAA由来のグルコシノレートよりも有意に大きな防御を提供することを発見しました。この軌跡の将来の位置クローニングにより、さまざまな適応的な説明をテストできます。

In the Brassicaceae, glucosinolates influence the feeding, reproduction and development of many insect herbivores. Glucosinolate production and effects on herbivore feeding have been extensively studied in the model species, Arabidopsis thaliana and Brassica crops, both of which constitutively produce leaf glucosinolates mostly derived from the amino acid, methionine. Much less is known about the regulation or role in defense of glucosinolates derived from other aliphatic amino acids, such as the branched-chain amino acids (BCAA), valine and isoleucine. We have identified a glucosinolate polymorphism in Boechera stricta controlling the allocation to BCAA- vs methionine-derived glucosinolates in both leaves and seeds. B. stricta is a perennial species that grows in mostly undisturbed habitats of western North America. We have measured glucosinolate profiles and concentrations in 192 F(2) lines that have earlier been used for genetic map construction. We also performed herbivory assays on six F(3) replicates per F(2) line using the generalist lepidopteran, Trichoplusia ni. Quantitative trait locus (QTL) analysis identified a single locus controlling both glucosinolate profile and levels of herbivory, the branched chain-methionine allocation or BCMA QTL. We have delimited this QTL to a small genomic region with a 1.0 LOD confidence interval just 1.9 cm wide, which, in A. thaliana, contains approximately 100 genes. We also found that methionine-derived glucosinolates provided significantly greater defense than the BCAA-derived glucosinolates against feeding by this generalist insect herbivore. The future positional cloning of this locus will allow for testing various adaptive explanations.