Tandem gene duplication drives the molecular evolution of Orobanchol into a novel non-canonical Strigolactone with weak germination-inducing activity toward root parasitic weeds in cowpea

维格纳 生物 串联外显子复制 发芽 司他内酯 基因 根际 生物合成 豆类 植物 水稻 基因复制 生物化学 遗传学 细菌 突变体 拟南芥
作者
M. Homma,Ryo Abe,Kiyono Uchida,Takatoshi Wakabayashi,Atsushi Okazawa,Masaharu Mizutani,Hirosato Takikawa,Yukihiro Sugimoto
出处
期刊:Plant and Cell Physiology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/pcp/pcaf048
摘要

Abstract Cowpea (Vigna unguiculata), a vital grain legume in West Africa, faces substantial yield losses due to the root parasitic weed Striga gesnerioides. The germination of Strigarelies on cowpea-produced strigolactones (SLs), including orobanchol and orobanchyl acetate. In cowpea, SL biosynthesis involves a stereoselective BC-ring-forming factor (SRF), a dirigent domain-containing protein that catalyzes the conversion of 18-oxo-carlactonoic acid (18-oxo-CLA) to orobanchol. VuSRF-like, an SRF homolog, has been identified as a tandemly duplicated gene of VuSRFin the cowpea genome, although its function remains unclear. Herein, we identified VuSRF-like as an additional biosynthetic enzyme that catalyzes the two-step conversion of 18-oxo-CLA to a novel SL via orobanchol. Structural analysis revealed that this novel SL, designated as orobanchonoic acid, features a cleaved C-ring and an oxidized hydroxy group at C-4. Orobanchonoic acid was detected in substantial amounts in cowpea root exudates but exhibited lower germination-inducing activity toward S. gesnerioidesand other parasitic weeds compared to orobanchol. Genomic comparisons among related legume species suggested that the tandem duplication of SRFin cowpea drove the neofunctionalization of VuSRF-like, facilitating orobanchonoic acid biosynthesis. This study provides new insights into SL biosynthesis, providing new opportunities to investigate SL evolution and rhizosphere interactions.

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