Mapping barley Ds insertions using wheat deletion lines reveals high insertion frequencies in gene-rich regions with high to moderate recombination rates

摘要

Gene distribution is highly uneven in the large genomes of barley and wheat; however, location, order, and gene density of gene-containing regions are very similar between the two genomes. Flanking sequences from 35 unique, single-copy, barley Ds insertion events were physically mapped using wheat nullisomic-tetrasomic, ditelosomic, and deletion lines. Of the 35 sequences, 23 (66%) detected 34 loci mapping on all 7 homoeologous wheat groups. Seven sequences were not mapped owing to lack of polymorphism and the remaining 5 (14%) were barley-specific. All 34 loci physically mapped to the previously identified gene-rich regions (GRRs) of wheat, making the contained genes candidates for targeted mutagenesis by remobilization. Transpositions occurred preferentially into GRRs with higher recombination rates. The GRRs containing 17 of the 23 Ds insertions accounted for 60%-89% of the respective arm's recombination. The remaining 6 (17%) insertions mapped to GRRs with <15% of the arm's recombination. Overall, kb/cM estimates for the Ds-containing GRRs were twofold higher than those for regions without insertions. These results suggest that all genes may be targeted by transposon-based gene cloning, although the transposition frequency for genes present in recombination-poor regions is significantly less than that present in highly recombinogenic regions.La distribution des gènes est très inégale au sein des grands génomes de l'orge et du blé. Cependant, la localisation, l'ordre et la densité des régions qui contiennent des gènes sont très semblables chez les deux génomes. Les séquences bordant 35 insertions uniques et simple copie de l'élément Ds dans le génome de l'orge ont été situées sur une carte physique à l'aide de lignées de blé nulli-tétrasomiques, ditélosomiques ou à délétions. Des 35 séquences, 23 (66 %) ont permis de détecter 34 locus distribués sur l'ensemble des sept groupes de chromosomes homéologues du blé. Sept séquences n'ont pas été situées en raison de l'absence de polymorphisme et les cinq (14 %) dernières séquences étaient spécifiques de l'orge. Les 34 locus situés avec succès sont localisés dans des régions riches en gènes (GRR) chez le blé, ce qui fait des gènes contenus dans ces régions des candidats pour une mutagénèse ciblée suite à la mobilisation de l'élément Ds. Les transpositions ont eu lieu préférentiellement au sein de GRR présentant un taux de recombinaison élevé. Les GRR contenant 17 des 23 insertions Ds voyaient y survenir entre 60 et 89 % des événements de recombinaison chez ces bras chromosomiques. Les six (17 %) autres insertions sont situées dans des GRR où sont survenues <15 % des recombinaisons de ces bras. Globalement, les ratios kb/cM pour les GRR contenant des insertions Ds sont deux fois plus élevés que ceux des régions sans insertion Ds. Ces résultats suggèrent que tous les gènes sont des cibles potentielles pour un clonage par insertion de transposon, bien que la fréquence de transposition dans des gènes situés au sein de régions pauvres en recombinaisons soit significativement plus faible qu'au sein de régions riches en recombinaison.