Duplication and Specialization of NUDX1 in Rosaceae Led to Geraniol Production in Rose Petals
2022
Conart, Corentin | Saclier, Nathanaelle | Foucher, Fabrice | Goubert, Clément | Rius-Bony, Aurélie | Paramita, Saretta | Moja, Sandrine | Thouroude, Tatiana | Douady, Christophe | Sun, Pulu | Nairaud, Baptiste | Saint-Marcoux, Denis | Bahut, Muriel | Jeauffre, Julien | Hibrand-Saint Oyant, Laurence | Schuurink, Robert | Magnard, Jean-Louis | Boachon, Benoît | Dudareva, Natalia | Baudino, Sylvie | Caissard, Jean-Claude | Laboratoire de Biotechnologies Végétales appliquées aux Plantes Aromatiques et Médicinales (BVPAM) ; Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA) ; Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) | IRHS - Équipe GDO (Génétique et Diversité des plantes Ornementales) (IRHS-GDO) ; Institut de Recherche en Horticulture et Semences (IRHS) ; Université d'Angers (UA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Rennes Angers ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université d'Angers (UA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Rennes Angers ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro) | SFR UA 4207 QUAlité et SAnté du Végétal (QUASAV) ; Université d'Angers (UA)-Ecole supérieure d'Agricultures d'Angers (ESA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Nantes Université (Nantes Univ)-Institut Agro Rennes Angers ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro) | McGill University and Genome Quebec Innovation Centre | Institut de Recherche en Horticulture et Semences (IRHS) ; Université d'Angers (UA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Rennes Angers ; Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro) | Institut universitaire de France (IUF) ; Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.) | Swammerdam Institute for Life Sciences (SILS) ; University of Amsterdam [Amsterdam] = Universiteit van Amsterdam (UvA) | Purdue University [West Lafayette] | Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ; Fondation de l'Université Jean Monnet ; National Science Foundation (NSF) : 1655438 ; USDA National Institute of Food and Agriculture Hatch Project : 177845 . | ANR-16-CE20-0024,ROSASCENT,Biosynthèse des terpènes du parfum chez la rose(2016)
International audience
显示更多 [+] 显示较少 [-]英语. Abstract Nudix hydrolases are conserved enzymes ubiquitously present in all kingdoms of life. Recent research revealed that several Nudix hydrolases are involved in terpenoid metabolism in plants. In modern roses, RhNUDX1 is responsible for formation of geraniol, a major compound of rose scent. Nevertheless, this compound is produced by monoterpene synthases in many geraniol-producing plants. As a consequence, this raised the question about the origin of RhNUDX1 function and the NUDX1 gene evolution in Rosaceae, in wild roses or/and during the domestication process. Here, we showed that three distinct clades of NUDX1 emerged in the Rosoidae subfamily (Nudx1-1 to Nudx1-3 clades), and two subclades evolved in the Rosa genus (Nudx1-1a and Nudx1-1b subclades). We also showed that the Nudx1-1b subclade was more ancient than the Nudx1-1a subclade, and that the NUDX1-1a gene emerged by a trans-duplication of the more ancient NUDX1-1b gene. After the transposition, NUDX1-1a was cis-duplicated, leading to a gene dosage effect on the production of geraniol in different species. Furthermore, the NUDX1-1a appearance was accompanied by the evolution of its promoter, most likely from a Copia retrotransposon origin, leading to its petal-specific expression. Thus, our data strongly suggest that the unique function of NUDX1-1a in geraniol formation was evolved naturally in the genus Rosa before domestication.
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