ゲノムワイドの比較により、最近の全ゲノムの複製の後、キャッサバとゴムのアクアポリンファミリー遺伝子の発散が明らかになりました

背景：アクアポリン（AQPS）は、生物膜を横切る水やその他の小さな溶質の受動的輸送を促進する不可欠な膜タンパク質のクラスです。それらの重要性にもかかわらず、世界で6番目の主要な主食作物に役立つ陶酔科の多年生低木であるCassava（Manihot esculenta）では、ほとんど情報が入手できません。 結果：この研究では、キャッサバのAQP遺伝子ファミリーのゲノムワイド分析を示しています。この種の42人のメンバーのファミリーは、系統発生分析に基づいて5つのサブファミリーに分割できます。つまり、14の原形質膜固有タンパク質（PIPS）、13トノプラスト固有タンパク質（TIPS）、9つのNOD26様内因性タンパク質（NIP）、4 x x 4 x固有タンパク質（XIP）、および2つの小さな塩基性固有タンパク質（SIP）。ベストレシプロカルヒットベースのシーケンス比較とシンテニー分析により、ユーフォルビア科の祖先に存在する34のオーソロガスグループ（OG）が明らかになり、キャッサバとゴム/物理ナットとの間にほぼ1対1または2対1のオーソロガス関係が観察されました。キャッサバとゴムの最後の共通の祖先におけるいわゆる最近の全ゲノム重複（WGD）の発生を反映しています。ゴムの家族拡大に対するρWGDの主な役割とは対照的に、Cassava AQPの複製はWGDおよび局所的な複製に由来していました。Cassavaでは、種特異的な遺伝子喪失も観察されました。これには、NIP4グループ全体および/または6つのOGが含まれます。保存されたモチーフと遺伝子発現プロファイルの比較により、ゴムで観察されるように、キャッサバのパラログの発散が明らかになりました。 結論：我々の発見は、陶酔症の家族の進化に関する知識を改善するだけでなく、キャッサバとゴムのAQP遺伝子のさらなる機能分析のための貴重な情報を提供します。

BACKGROUND: Aquaporins (AQPs) are a class of integral membrane proteins that facilitate the passive transport of water and other small solutes across biological membranes. Despite their importance, little information is available in cassava (Manihot esculenta), a perennial shrub of the Euphorbiaceae family that serves the sixth major staple crop in the world. RESULTS: This study presents a genome-wide analysis of the AQP gene family in cassava. The family of 42 members in this species could be divided into five subfamilies based on phylogenetic analysis, i.e., 14 plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), 13 tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nine NOD26-like intrinsic proteins (NIPs), four X intrinsic proteins (XIPs), and two small basic intrinsic proteins (SIPs). Best-reciprocal-hit-based sequence comparison and synteny analysis revealed 34 orthologous groups (OGs) present in the Euphorbiaceae ancestor, and nearly one-to-one or two-to-one orthologous relationships were observed between cassava with rubber/physic nut, reflecting the occurrence of one so-called ρ recent whole-genome duplication (WGD) in the last common ancestor of cassava and rubber. In contrast to a predominant role of the ρ WGD on family expansion in rubber, cassava AQP duplicates were derived from the WGD as well as local duplication. Species-specific gene loss was also observed in cassava, which includes the entire NIP4 group and/or six OGs. Comparison of conserved motifs and gene expression profiles revealed divergence of paralogs in cassava as observed in rubber. CONCLUSIONS: Our findings will not only improve our knowledge on family evolution in Euphorbiaceae, but also provide valuable information for further functional analysis of AQP genes in cassava and rubber.