Evolutionsgeschichte und Stressregulation von Rezeptor-ähnlichen Kinase/Pelle-Genen

Rezeptor-ähnliche Kinase (RLK)/Pelle-Gene spielen Rollen von der Wachstumsregulation bis zur Abwehrreaktion, und die dramatische Expansion dieser Familie wird als entscheidend für pflanzenspezifische Anpassungen angesehen. Trotz dieser Erkenntnis ist wenig über die Geschichte oder die Faktoren bekannt, die zur dramatischen Expansion dieser Genfamilie beigetragen haben. In dieser Studie zeigen wir, dass die Expansion mit der Etablierung von Landpflanzen zusammenfiel und dass RLK/Pelle-Unterfamilien früh in der Evolution der Landpflanzen etabliert wurden. Die RLK/Pelle-Familie expandierte mit einer signifikant höheren Rate als andere Kinasen, was zu einem großen Teil auf die Expansion einiger Unterfamilien durch Tandemduplikation zurückzuführen ist. Interessanterweise haben diese Unterfamilien Mitglieder mit bekannten Rollen in der Abwehrreaktion, was darauf hindeutet, dass ihre rasche Expansion wahrscheinlich eine Folge von Anpassungen an sich schnell entwickelnde Krankheitserreger war. Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) Expressionsdaten unterstützen die Bedeutung von RLK/Pelles in der biotischen Stressreaktion. Wir fanden, dass Hunderte von RLK/Pelles durch biotischen Stress hochreguliert werden. Darüber hinaus ist die Stressreaktivität korreliert mit dem Grad der Tandemduplikation in RLK/Pelle-Unterfamilien. Unsere Ergebnisse deuten auf einen Zusammenhang zwischen Stressreaktion und Tandemduplikation hin und bieten eine Erklärung dafür, warum ein großer Teil der RLK/Pelle-Genfamilie in Tandemwiederholungen vorkommt. Darüber hinaus bieten unsere Ergebnisse einen nützlichen Rahmen zur möglichen Vorhersage der Stressfunktionen von RLK/Pelle basierend auf dem Wissen über Expansionsmuster und Duplikationsmechanismen. Schließlich schlagen wir vor, dass die Erkennung hochvariabler molekularer Muster, die mit spezifischen Krankheitserregern/Parasiten assoziiert sind, der Hauptgrund für die Hochregulation von Hunderte von RLK/Pelles bei biotischem Stress ist.