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A key 'foxy' aroma gene is regulated by homology-induced promoter indels in the iconic juice grape 'Concord'.
Horticulture Research ( IF 7.6 ) Pub Date : 2020-04-18 , DOI: 10.1038/s41438-020-0304-6 Yingzhen Yang 1 , José Cuenca 1, 2 , Nian Wang 1, 3 , Zhenchang Liang 4 , Honghe Sun 5 , Benjamin Gutierrez 6 , Xiaojun Xi 6, 7 , Jie Arro 6 , Yi Wang 4, 8 , Peige Fan 4 , Jason Londo 1 , Peter Cousins 9 , Shaohua Li 4 , Zhangjun Fei 5, 10 , Gan-Yuan Zhong 1
Horticulture Research ( IF 7.6 ) Pub Date : 2020-04-18 , DOI: 10.1038/s41438-020-0304-6 Yingzhen Yang 1 , José Cuenca 1, 2 , Nian Wang 1, 3 , Zhenchang Liang 4 , Honghe Sun 5 , Benjamin Gutierrez 6 , Xiaojun Xi 6, 7 , Jie Arro 6 , Yi Wang 4, 8 , Peige Fan 4 , Jason Londo 1 , Peter Cousins 9 , Shaohua Li 4 , Zhangjun Fei 5, 10 , Gan-Yuan Zhong 1
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'Concord', the most well-known juice grape with a parentage of the North American grape species Vitis labrusca L., possesses a special 'foxy' aroma predominantly resulted from the accumulation of methyl anthranilate (MA) in berries. This aroma, however, is often perceived as an undesirable attribute by wine consumers and rarely noticeable in the common table and wine grape species V. vinifera. Here we discovered homology-induced promoter indels as a major genetic mechanism for species-specific regulation of a key 'foxy' aroma gene, anthraniloyl-CoA:methanol acyltransferase (AMAT), that is responsible for MA biosynthesis. We found the absence of a 426-bp and/or a 42-bp sequence in AMAT promoters highly associated with high levels of AMAT expression and MA accumulation in 'Concord' and other V. labrusca-derived grapes. These promoter variants, all with direct and inverted repeats, were further confirmed in more than 1,300 Vitis germplasm. Moreover, functional impact of these indels was validated in transgenic Arabidopsis. Superimposed on the promoter regulation, large structural changes including exonic insertion of a retrotransposon were present at the AMAT locus in some V. vinifera grapes. Elucidation of the AMAT genetic regulation advances our understanding of the 'foxy' aroma trait and makes it genetically trackable and amenable in grapevine breeding.
中文翻译：
标志性果汁葡萄“Concord”中一个关键的“狡猾”香气基因受到同源诱导的启动子插入/缺失的调节。
“Concord”是最著名的果汁葡萄，源自北美葡萄品种 Vitis labrusca L.，具有特殊的“狐狸”香气，主要是由于浆果中邻氨基苯甲酸甲酯 (MA) 的积累而产生的。然而，这种香气常常被葡萄酒消费者视为不受欢迎的属性，并且在普通食用和酿酒葡萄品种 V. vinifera 中很少被注意到。在这里，我们发现同源诱导的启动子插入缺失是关键“狡猾”香气基因——邻氨基苯甲酰辅酶A：甲醇酰基转移酶（AMAT）——物种特异性调节的主要遗传机制，该基因负责MA生物合成。我们发现 AMAT 启动子中 426 bp 和/或 42 bp 序列的缺失与“Concord”和其他 V. labrusca 衍生葡萄中高水平的 AMAT 表达和 MA 积累高度相关。这些启动子变体均具有正向重复和反向重复，并在 1,300 多个葡萄种质中得到进一步证实。此外，这些插入缺失的功能影响在转基因拟南芥中得到了验证。在一些葡萄的 AMAT 基因座上，叠加了启动子调控，包括外显子插入逆转录转座子在内的巨大结构变化。对 AMAT 基因调控的阐明增进了我们对“狐狸”香气特征的理解，并使其在基因上可追踪且适合葡萄育种。
更新日期：2020-04-24
中文翻译：
标志性果汁葡萄“Concord”中一个关键的“狡猾”香气基因受到同源诱导的启动子插入/缺失的调节。
“Concord”是最著名的果汁葡萄，源自北美葡萄品种 Vitis labrusca L.，具有特殊的“狐狸”香气，主要是由于浆果中邻氨基苯甲酸甲酯 (MA) 的积累而产生的。然而，这种香气常常被葡萄酒消费者视为不受欢迎的属性，并且在普通食用和酿酒葡萄品种 V. vinifera 中很少被注意到。在这里，我们发现同源诱导的启动子插入缺失是关键“狡猾”香气基因——邻氨基苯甲酰辅酶A：甲醇酰基转移酶（AMAT）——物种特异性调节的主要遗传机制，该基因负责MA生物合成。我们发现 AMAT 启动子中 426 bp 和/或 42 bp 序列的缺失与“Concord”和其他 V. labrusca 衍生葡萄中高水平的 AMAT 表达和 MA 积累高度相关。这些启动子变体均具有正向重复和反向重复，并在 1,300 多个葡萄种质中得到进一步证实。此外，这些插入缺失的功能影响在转基因拟南芥中得到了验证。在一些葡萄的 AMAT 基因座上，叠加了启动子调控，包括外显子插入逆转录转座子在内的巨大结构变化。对 AMAT 基因调控的阐明增进了我们对“狐狸”香气特征的理解，并使其在基因上可追踪且适合葡萄育种。
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