Comparative sequence analysis between orthologous regions of the Arabidopsis and Populus genomes reveals substantial synteny and microcollinearity

More than 300 kb of DNA sequence from five Populus bacterial artificial chromosome (BAC) clones was compared with the complete sequence of the Arabidopsis genome to search for collinearity between the genomes of these two plant genera. Approximately 27% of the DNA sequences from the Populus genome were homologous to protein-coding regions in the Arabidopsis genome. BLAST scores and synteny were used to infer orthologous relationships between the Populus and Arabidopsis homologs. The probability that any pair of genes on a single Populus BAC will have orthologs on the same Arabidopsis chromosome is 46%–58%, substantially greater than the 20% expectation if there is no conservation of synteny between the Populus and Arabidopsis genomes. Likewise, the probability that any pair of genes on a single Populus BAC will have orthologs on a single Arabidopsis BAC is 19%–25%, much higher than the 0.1% expected if the orthologs are randomly distributed. These results provide evidence for substantial “pockets” of conserved microcollinearity between regions of the Populus and Arabidopsis genomes as well as for conservation of synteny even when local gene collinearity is not preserved during genome evolution. Résumé : Les auteurs ont comparé plus de 300 kb de séquence d’ADN de Populus à la séquence complète du génome d’Arabidopsis afin de déterminer la colinéarité entre les génomes de ces deux genres chez les plantes. Les séquences de Populus ont été déterminées à partir de cinq portions du génome clonées à l’aide de chromosomes bactériens artificiels (CBA). Approximativement 27 % des séquences d’ADN de Populus étaient homologues aux régions codant pour des protéines du génome d’Arabidopsis. Les résultats de comparaison des séquences à l’aide du logiciel BLAST ainsi que la synténie ont été utilisés afin de vérifier l’orthologie entre les homologues de Populus et d’Arabidopsis. La probabilité que n’importe quelle paire de gènes d’un clone unique de CBA de Populus possède des orthologues sur le même chromosome d’Arabidopsis est de 46 à 58 %. Cette probabilité est beaucoup plus élevée que l’espérance de 20 % si la synténie n’était pas conservée entre les génomes de Populus et d’Arabidopsis. De la même façon, la probabilité que n’importe quelle paire de gènes d’un clone unique de CBA de Populus ait des orthologues sur un clone unique de CBA d’Arabidopsis est de 19 à 25 %, ce qui est plus élevé que le seuil de 0,1 % attendu si les orthologues étaient distribués aléatoirement. Ces résultats constituent des preuves que d’importantes zones conservées de microcolinéarité existent entre les régions du génome de Populus et celui d’Arabidopsis, et que la synténie demeure conservée même lorsque la colinéarité locale des gènes n’a pas été préservée durant l’évolution des génomes. [Traduit par la Rédaction] Stirling et al. 2251