A Global Coexpression Network Approach for Connecting Genes to Specialized Metabolic Pathways in Plants

生物 基因 计算生物学 遗传学 鉴定(生物学) 代谢网络 植物
作者
Jennifer H. Wisecaver,Alexander Borowsky,Vered Tzin,Georg Jander,Daniel J. Kliebenstein,Antonis Rokas
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:29 (5): 944-959 被引量:232
标识
DOI:10.1105/tpc.17.00009
摘要

Plants produce diverse specialized metabolites (SMs), but the genes responsible for their production and regulation remain largely unknown, hindering efforts to tap plant pharmacopeia. Given that genes comprising SM pathways exhibit environmentally dependent coregulation, we hypothesized that genes within a SM pathway would form tight associations (modules) with each other in coexpression networks, facilitating their identification. To evaluate this hypothesis, we used 10 global coexpression data sets, each a meta-analysis of hundreds to thousands of experiments, across eight plant species to identify hundreds of coexpressed gene modules per data set. In support of our hypothesis, 15.3 to 52.6% of modules contained two or more known SM biosynthetic genes, and module genes were enriched in SM functions. Moreover, modules recovered many experimentally validated SM pathways, including all six known to form biosynthetic gene clusters (BGCs). In contrast, bioinformatically predicted BGCs (i.e., those lacking an associated metabolite) were no more coexpressed than the null distribution for neighboring genes. These results suggest that most predicted plant BGCs are not genuine SM pathways and argue that BGCs are not a hallmark of plant specialized metabolism. We submit that global gene coexpression is a rich, largely untapped resource for discovering the genetic basis and architecture of plant natural products.

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