A Pangenome-Centralized NLRome Drives Lineage-Specific Diversification and Functional Differentiation in Solanoideae

生物 进化生物学 基因复制 基因组 谱系(遗传) 亚科 基因 遗传学 转录组 系统发育学 获得性免疫系统 克莱德 免疫系统 计算生物学 基因表达谱 优势(遗传学) 抗原变异 基因家族 人类进化遗传学 基因组学 比较基因组学 遗传变异 进化动力学 拷贝数变化 基因表达调控 DNA微阵列 系统生物学 单倍型 RNA序列
作者
Hao Zhu,Chao Huo,L. H. Wang,Jifen Cao,Zhechao Pan,Zhenchuan Ma,Yan Yuan,Zhijian Zhao
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.64898/2026.03.24.712282
摘要

Abstract The Solanoideae subfamily comprises numerous economically important crops that deploy a diverse repertoire of nucleotide-binding leucine-rich repeat receptors (NLRs) to defend against pathogens. However, the evolutionary trajectory of these NLR immune receptors remains poorly understood. Here, we dissect NLR family evolution across 23 Solanoideae species by integrating genomic and transcriptomic data. We uncover a distinctive pangenome-centralized architecture wherein a mere 11.56% of soft-core orthogroups contribute 67.81% of the total NLR repertoire, with copy-number variation driven by lineage-specific expansions rather than stochastic distribution or genome size. This finding indicates that Solanoideae plants counteract biotic stress through targeted amplification of specific key families rather than undergoing broad diversification. Phylogenomic analysis resolves NLRs into four subclasses, revealing CC-NLR dominance across all species alongside extreme TIR-NLR degeneration in certain lineages, suggesting profound immune adaptive shifts. Mechanistically, recent NLR expansions are primarily fueled by proximal and tandem duplications, whereas whole-genome duplications contribute in a ploidy- and time-dependent manner, with WGD-derived genes undergoing extensive loss during diploidization. Transcriptional profiling further demonstrates duplication-type-dependent expression patterns, enabling a robust, multilayered defense network upon pathogen infection. Collectively, our study delineates the asymmetric evolutionary trajectory of the Solanoideae NLRome and establishes a framework model that provides new insights into the adaptive evolution of plant immune systems and resistance gene discovery.
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