Evolution of MicroRNAs Associated with Disease Resistance in Pepper, Tomato and Potato

Abstract

마이크로RNA는 small RNA의 일종으로, 식물에서 생장, 발달, 병 저항성과 같은 다양한 생물학적 과정에 연관되어 있는 것으로 알려져 있다. 이전 연구결과에 따르면, 몇몇 식물 마이크로RNA는 phased, secondary siRNA (phasiRNA)와 같은 이차 small interfering RNA의 생성을 유도하며, 생성된 small RNA들은 몇몇 유전자 군의 발현을 조절한다는 사실이 알려져 있다. 본 연구에서는 고추, 토마토, 감자 마이크로RNA를 진화적인 측면에서 분석하였다. Degradome 분석을 통해 세 종에서의 마이크로RNA 표적 유전자를 발굴하였고, 일부 마이크로RNA들이 병 저항성과 연관된 수많은 유전자들, 가령 nucleotide-binding leucine-rich repeat (NB-LRR)과 receptor-like protein (RLP)와 같은 유전자들을 조절한다는 사실을 확인할 수 있었다. 더욱이 해당 마이크로RNA들이 고추에서 phasiRNA 생성을 유도하여 병 저항성 유전자들에 대한 조절을 강화한다는 사실을 밝혔다. 특히, miR-n033a-3p는 감자에 비해 고추에서 더 많은 NB-LRR 유전자들을 조절할 것으로 예측되었는데, 해당 마이크로RNA의 표적 NB-LRR 유전자들은 주로 고추 특이적으로 팽창된 CNL-G1 분류에 속한다는 사실을 확인할 수 있었다. 이러한 관찰 결과들을 종합하여, 병 저항성에 연관된 마이크로RNA들이 고추에서 표적 유전자 팽창으로 인해 많은 유전자를 조절하도록 진화하였음을 짐작할 수 있었다.

MicroRNA (miRNA) is a class of small RNA, which are associated with diverse biological processes in plants, such as growth, development, and disease-resistance. Previously, several plant miRNAs were identified as a trigger of secondary small interfering RNAs (siRNAs) biogenesis, including phased, secondary siRNAs (phasiRNAs), and these small RNAs regulate expression of several gene families. In this study, miRNAs in pepper, tomato and potato were analyzed in an evolutionary aspect. Degradome analysis identified target genes of the miRNAs in three species and some specific miRNAs target numerous genes involved in disease-resistance, encoding nucleotide-binding leucine-rich repeat (NB-LRR) and receptor-like proteins (RLPs). Futhermore, these miRNAs prompt phasiRNA production in pepper, indicating reinforcement of the regulation against disease-resistance genes. miR-n033a-3p, whose target NB-LRRs belonging to specific subgroup CNL-G1 have been duplicated in pepper, targets more CNL-G1 NB-LRRs in pepper than those in potato. These observations suggested that resistance-associated miRNAs might have evolved to regulate numerous genes as the result of target gene expansion in pepper.