Rice (Oryza sativa L.) blast resistance genes bioinformatic analysis | Биоинформатический анализ генов риса посевного (Oryza sativa L.), ассоциированных с устойчивостью к пирикуляриозу | Біоінформатичний аналіз генів рису посівного (Oryza sativa L.), асоційованих зі стійкістю проти пірикуляріозу

English. Purpose. To investigate rice blast resistance genes polymorphism by using bioinformatic methods. Methods. Global and local nucleotide alignment, phylogenetic analysis, HyPhy test. Results. For Pib gene, numerous single nucleotide substitutions and deletions of 1–3 bp were established. The phylo­geny of this gene has been studied and homologues have been found both in various rice species and in other cereals. These sequences can encode proteins that «recognize» the phytopathogens effectors, and can also be associated with resistance to phytopathogens. The Pi4 gene is characterized by single nucleotide substitutions, insertions and deletions; the number of non-synonymous substitutions exceeds the number of sy­nonymous ones. The Pi54 gene variability is significantly lower than that of the Pi4 and Pib genes. The predominant types of polymorphism were single nucleotide substitutions and small-sized indels. It was found that non-synonymous substitutions in Pi54, Pi4 and Pib genes were in close proximity, sometimes forming clusters, while some coding regions were either superconservative or contained predominantly synonymous substitutions. On philodendrograms, cultivated rice samples were clustered with samples of ancestral wild-growing species. Conclusions. Evolution of the rice blast resistance genes Pi4, Pib and Pi54 is characterized by diversification selection. Considering that tense coevolution and significant rate of adaptation and creation of new pathogen races are typical for a plant and a parasite, these genes are subjected to intensive selection aimed at increasing diversity for obtaining the resistance to new races of the pathogen.

Russian. Цель. Исследовать полиморфизм генов устойчивости ри­са посевного к пирикуляриозу биоинформатическими ме­то­дами. Методы. Глобальное и локальное выравнивание нук­леотидных последовательностей, филогенетический анализ, тест HyPhy. Результаты. Для гена Pib установлены мно­гочисленные однонуклеотидные замены и делеции 1–3 п. н. Исследована филогения данного гена; найдены гомологи как у разных видов риса, так и у других злаковых, что свидетельствует о возможности кодирования ими белков, «распознающих» эффекторы фитопатогенов, т. е. данные гомологи могут быть вовлечены в обеспечение устойчивости к фитопатогенам. Для гена Pi4 характерны однонуклеотидные замены, инсерции и делеции; количество несинонимичних замен превышает количество синонимических. Вариабельность гена Pi54 значительно ниже, чем генов Pi4 и Pib. Преобладающими видами полиморфизма являются однонуклео­тидные замены и индели небольшого размера. Установлено, что несинонимичные замены в генах Pi54, Pi4 и Pib имели склонность располагаться близко друг к другу, иногда образуя кластеры, в то время как некоторые кодирующие участки или были сверхконсервативными, или содержали преимущественно синонимичные замены. На филодендрограммах образцы риса посевного кластеризуются с образцами предковых дикорастущих видов. Выводы. Для эволюции генов устойчивости риса к пирикуляриозу Pi4, Pib и Pi54 характерен диверсифицирующий отбор. Учитывая, что для растения и паразита свойственна напряженная коэволюция, значительная скорость адаптации и создания новых рас патогена, эти гены подвергаются интенсивному отбору, направленному на повышение разнообразия с целью приобретения устойчивости к новым расам патогена.

Ukrainian. Мета. Дослідити поліморфізм генів стійкості рису посівного проти пірикуляріозу біоінформатичними методами.Методи. Глобальне та локальне вирівнювання нуклеотидних послідовностей, філогенетичний аналіз, тест HyPhy.Результати. Для гена Pib встановлено численні однонуклеотидні заміни та делеції 1–3 п. н. Досліджено філогенію цього гена; знайдено гомологи як у різних видів рису, так і в інших злакових, що свідчить про можливість кодування ними протеїнів, які «розпізнають» ефектори фітопатогенів, тобто ці гомологи можуть бути залучені в забезпечення стійкості проти фітопатогенів. Для гена Pi4 характерними є однонуклеотидні заміни, інсерції та делеції; кількість несинонімічних замін перевищує кількість синонімічних. Варіабельність гена Pi54 є значно нижчою, ніж генів Pi4 та Pib. Переважними видами поліморфізму є однонуклеотидні заміни та інделі невеликого розміру. Встановлено, що несинонімічні заміни в генах Pi54, Pi4 та Pib мали схильність розміщуватися близько одна до одної, іноді утворюючи кластери, тоді як деякі кодуючі ділянки або були надконсервативними, або містили переважно синонімічні заміни. На філодендрограмах зразки рису посівного кластеризуються зі зразками предкових дикорослих видів.Висновки. Для еволюції генів стійкості рису проти пірикуляріозу Pi4, Pib та Pi54 є характерним диверсифікуючий добір. Враховуючи те, що для рослини та паразита властивою є напружена коеволюція, значна швидкість адаптації та утворення нових рас патогена, ці гени зазнають інтенсивного добору, спрямованого на підвищення різноманіття з метою набуття стійкості проти нових рас патогена