Genomowa identyfikacja putatywnej introgresji G. soja-G. max

Aby zbadać introgresję na poziomie genomu między soją uprawną a dziką, przeanalizowaliśmy dane resekwencjonowania całego genomu reprezentatywnej populacji soi, obejmującej 62 odmiany G. soja, 130 odmian miejscowych i 110 ulepszonych odmian soi zebranych z różnych regionów eko-geograficznych Chin i innych krajów, w tym Korei, Japonii, Rosji, USA i Kanady. Próbki te były rozmieszczone w prawie wszystkich głównych filogenetycznych kladach/grupach 18 480 udomowionych akcesji soi i 1168 dzikich akcesji soi zebranych z 84 krajów lub rozwiniętych w USA, które są zdeponowane w US Department of Agriculture (USDA) Soybean Germplasm Collection i dlatego uważane są za bardzo reprezentatywne dla różnorodności genetycznej soi. Najpierw zidentyfikowaliśmy lokalne regionalne haplotypy w każdym z 62 dostępów G. soja i 240 G. max, które były identyczne przez pochodzenie (IBD) z osobnikami w subpopulacjach G. soja i G. max przy użyciu wszystkich danych SNP z 302 dostępów zgodnie z podejściem opisanym wcześniej . Aby obliczyć częstotliwość wspólnych haplotypów w różnych regionach wzdłuż każdego chromosomu genomu soi, podzieliliśmy każdy chromosom na biny o długości 10 kb i obliczyliśmy liczbę zarejestrowanych ścieżek IBD między każdym przystąpieniem a dwoma subpopulacjami G. soja i G. max na bin przez porównania parami. Liczby te znormalizowano od 0 (brak IBD) do 1 (IBD wspólna dla wszystkich osobników w obrębie subpopulacji), a znormalizowane IBD między każdą akcesją a subpopulacją G. soja (nIBDG. soja) oraz między każdą akcesją a subpopulacją G. max (nIBDG. max) wykorzystano do obliczenia względnej IBD (rIBD) między porównywanymi grupami (rIBD = nIBDG. soja – nIBDG. max). Na koniec zidentyfikowano domniemaną introgresję genomową z subpopulacji G. soja do każdej z uprawianych odmian soi oraz z subpopulacji G. max do każdej z dzikich odmian soi.

Dzięki takiemu podejściu wykryto, że 297 z 302 dostępów zawiera domniemaną introgresję międzygatunkową (Dodatkowy plik 1: Tabela S1, Dodatkowy plik 2: Rysunek S1). 110 elitarnych odmian zostało wykluczonych z dalszych analiz, ponieważ odmiany te wykazywały stosunkowo mniejsze tempo introgresji z dzikiej soi (0,00015~0,03), a także dlatego, że rozwój tych odmian wiązał się z hybrydyzacją prowadzoną przez człowieka, która mogła przesłonić naturalnie występujące zdarzenia introgresji. Z dalszych analiz wyłączono również jedną odmianę lądową ze względu na stosunkowo niską jakość sekwencji genomowych i wysoki poziom heterozygotyczności. Wśród pozostałych dostępów, w tym 62 dostępów G. soja i 129 landrace, udział wykrytych fragmentów introgresyjnych w poszczególnych genomach wahał się od 0,00037 do 0,60, przy średniej 0,032 (Rys. 1, plik dodatkowy 1: Tabela S1). Rozkład chromosomalny wykrytej introgresji w dostępach z > 0,05 (5%) introgresowanych fragmentów w poszczególnych genomach (plik dodatkowy 1: Tabela S1) ilustruje Rys. 2. Wśród genomów G. soja proporcje wykrytych fragmentów G. max wahają się od 0,00059 do 0,41, ze średnią 0,019 (plik dodatkowy 2: Rysunek S1, górny panel). Wśród genomów G. max, proporcje wykrytych fragmentów G. soja wahają się od 0.00037 do 0.60, ze średnią 0.031 (Dodatkowy plik 2: Rysunek S1, dolny panel). W sumie, 43,94% i 54,61% fragmentów w subpopulacjach G. soja i G. max jest wspólnych dla dwóch lub więcej akcesji, a pozostałe są specyficzne dla danej akcesji (plik dodatkowy 2: Rysunek S2). Żaden z domniemanych fragmentów introgresowanych wykrytych w tym badaniu nie był w pełni utrwalony ani w subpopulacjach G. soja ani G. max (Fig. 2).

Phylogenetic neighbor-joining tree of a panel of wild and cultivated soybeans. Drzewo zostało skonstruowane na podstawie genomowych SNP wykrytych przez resekwencjonowanie genomu przy użyciu programu MEGA. Gałęzie oznaczone kolorem czerwonym i niebieskim oznaczają odpowiednio G. soja i G. max (landrace). Kody poszczególnych akcesji i frakcja fragmentów introgresowanych są pokazane w zewnętrznych warstwach drzewa

Genomowy rozkład introgresji międzygatunkowej i cech genomowych. Pierścienie okręgu, od zewnątrz do wewnątrz, przedstawiają chromosomy, w tym (i) ramiona chromosomowe (kolor szary) i regiony pericentromeryczne (kolor zielony), (ii) chromosomalny rozkład wskaźników introgresji w całej populacji, (iii) chromosomalny rozkład QTL związanych z udomowieniem, jak wskazują czerwone słupki w odpowiednim pierścieniu, (iv) chromosomalny rozkład selektywnych przemiatań, jak wskazują czerwone słupki w odpowiednim pierścieniu, (v) chromosomalny rozkład introgresji międzygatunkowej w każdym z 12 G. max i 10 G. soja, jak wskazano przez 22 pierścienie, których genomy posiadają więcej niż 5% introgresowanych fragmentów. W tych 22 pierścieniach segmenty G. max pokazano na niebiesko, a segmenty G. soja na pomarańczowo

Poprzednie analizy struktury populacji i domieszek w soi ujawniły lokalne regiony genomowe wykazujące wyjątkowe podobieństwo między G. soja i G. max (5, 7), które uznano za dowód introgresji genomowej. Opisana powyżej analiza rIBD określająca lokalne regiony genomowe poszczególnych dostępów zaangażowanych w domniemaną introgresję dostarcza kolejnych dowodów na poparcie introgresji G. soja-G. max. Niemniej jednak, istnieje możliwość, że niektóre z domniemanych introgresji, zwłaszcza domniemane fragmenty G. soja wykryte w tle G. max, mogą być wynikiem niepełnego sortowania liniowego istniejących polimorfizmów przodków w populacji źródłowej użytej w procesie domestykacji. W celu uzyskania dodatkowych dowodów na poparcie hipotezy o introgresji, przeprowadziliśmy analizę D-statystyczną dla dużych, przypuszczalnych regionów introgresji G. max wykrytych w 8 dostępach G. soja (Rys. 2) w porównaniu parami z 10 losowo wybranymi dostępami G. max bez wykrytej introgresji (Ryc. 1) oraz dla dużych regionów ulegających introgresji G. soja, wykrytych w 14 dostępach G. max (Ryc. 2) w porównaniu parami z 10 losowo wybranymi dostępami G. soja bez wykrytej introgresji (Ryc. 1). Jak pokazano na Rys. 3a, statystyka D dla regionów wykazujących domniemaną introgresję (D = – 0,15 ± 0,07) była istotnie niższa niż dla regionów bez domniemanej introgresji (D = – 0,08 ± 0,05), a także istotnie niższa niż średnia dla całego genomu (D = – 0,11 ± 0,04), co sugeruje, że przepływ genów między taksonami G. soja i G. max był zaangażowany w tych regionach genomowych z wykrytą domniemaną introgresją.

Analiza D-statystyczna ujawnia odrębne wzorce przepływu genów w różnych regionach między G. soja i G. max. a D-statystyczna dla dużych, putatywnych regionów G. max wykrytych w 8 dostępach G. soja/dużych putatywnych regionów G. soja-introgresywnych wykrytych w 14 dostępach G. max w porównaniu parami z tymi regionami w losowo wybranych 10 dostępach G. max w stosunku do regionów bez wykrytej introgresji międzygatunkowej. b D-statystyka dla regionów pericentromerycznych w stosunku do ramion chromosomalnych w porównaniu parami pomiędzy dostępami, jak opisano w a. Istotne różnice (wartości p < 0.05) pomiędzy porównywanymi regionami, oznaczonymi różnymi literami w boxblotach, zostały wykryte testem Kołmogorowa-Smirnowa

Próbując prześledzić pochodzenie wykrytej introgresji, porównaliśmy duże i reprezentatywne segmenty introgresji w akcesji G. soja (PI 578357, s61) i landrace (PI 339734, m30), które zostały oszacowane jako zawierające odpowiednio 33% i 31% introgresowanych fragmentów, z odpowiednimi regionami w innych dostępach. Na Rys. 4b i w pliku dodatkowym 2 przedstawiono przykłady genomowej introgresji w akcesji G. soja PI 578357 (s61), jednej z akcesji G. soja sąsiadującej z kladami G. max: Figure S3.

Eksplikacja introgresji i przypuszczalne pochodzenie introgresji zilustrowane przez względną identyczność przez zejście (rIBD). a-c Składnik genomowy wzdłuż chromosomu 2 w trzech powiązanych dostępach Heihexiaohuangdou, PI 578357 i PI 522226. Akcesja G. soja (b) zawiera introgresowane fragmenty G. max wykazujące najwyższe podobieństwo do odpowiednich regionów rasy lądowej (a), a segmenty G. soja wykazujące najwyższe podobieństwo do odpowiednich regionów akcesji G. soja (c). d Drzewo kladogramu oparte na SNP w regionach introgresji chromosomu 2 wskazujące na pochodzenie od G. max (Heihexiaohuangdou, kolor niebieski) regionów w akcesji G. soja PI 578357. soja PI 578357, jak wskazano strzałką. e Drzewo kladogramu oparte na SNP w regionach nieintrogresyjnych pokazujące pochodzenie od G. soja (PI 522226, czerwony) regionów w PI 578357, jak wskazano strzałką. f Rozmieszczenie geograficzne trzech spokrewnionych akcesji. g-i Składnik genomowy wzdłuż chromosomu 19 w trzech spokrewnionych akcesjach PI 548456, PI 339734 i PI 407275. Akcesja G. max (h) zawiera introgresowane fragmenty G. soja o najwyższym podobieństwie do odpowiednich regionów akcesji G. soja (i) oraz segmenty G. max o najwyższym podobieństwie do odpowiednich regionów akcesji G. max (g). j Drzewo kladogramu oparte na SNP w regionach nieintrogresyjnych wskazujące na pochodzenie G. max (PI 548456, niebieski) od regionów z PI 339734, jak wskazuje strzałka. k Drzewo kladogramu oparte na SNP w regionach introgresyjnych chromosomu 2 wskazujące na pochodzenie G. soja (PI 407275, czerwony) pochodzenie regionów w G. max akcesji PI 339734, jak wskazano strzałką. l Geograficzne rozmieszczenie trzech spokrewnionych akcesji

Regiony introgresji w PI 578357 obejmują cały pericentromeryczny region chromosomu 2 bez wcześniej wykrytych QTLs domestykacji (Rys. 2) i dlatego uznano, że zostały poddane minimalnej presji selekcyjnej dla ich zachowania. Stwierdziliśmy, że badane regiony chromosomu 2 u PI 578357, wyhodowanego w Amurze w Rosji, wykazują najwyższe podobieństwo sekwencji z odpowiadającymi im regionami u odmiany lądowej Heihexiaohuangdou (m104) wyhodowanej w Heihe w Chinach (Rys. 4a, b, d, f). Natomiast regiony nieintrogresyjne PI 578357 wykazują największe podobieństwo z odpowiadającymi im regionami w akcesji G. soja PI 522226 (s5) wyhodowanej w Primorye w Rosji (Rys. 4b, c, e, f), która jest jedną z akcesji G. soja najbardziej różniących się od PI 578357 i od linii G. max (Rys. 1), a zatem jest mało prawdopodobne, aby uczestniczyła lub pochodziła z populacji źródłowej użytej do udomowienia soi. Stwierdzono, że regiony introgresji chromosomu 19 w PI 339734, krainie uprawianej w Korei, wykazują najwyższe podobieństwo sekwencji z odpowiadającymi im regionami w akcesji G. soja PI 407275 (s42), która również była uprawiana w Korei (Rys. 4h, i, k, l). Natomiast regiony nieintrogresyjne PI 339734 wykazują najwyższe podobieństwo z odpowiadającymi im regionami w odmianie PI 548456 (m111), która również była uprawiana w Pyongyang w Korei Północnej (Rys. 4g, h, j, l). Rozmieszczenie geograficzne, wzorce i poziomy podobieństwa sekwencji oraz dywergencji lokalnych regionów genomowych, a także różnorodność sekwencji w całym genomie i filogeneza tych dostępów wspólnie sugerują, że wykryty chimeryzm chromosomów, jak opisano powyżej, był najprawdopodobniej wynikiem introgresji międzygatunkowej, a nie niekompletnego sortowania liniowego polimorfizmów przodków w populacji źródłowej dla udomowienia soi. Na podstawie sekwencji genów w całym genomie, czasy dywergencji między PI 578357 i Heihexiaohuangdou oraz między PI 339734 i PI 407275 datowano odpowiednio na ~ 0,37 i 0,27 miliona lat temu (mya). Ponieważ udomowienie soi nastąpiło zaledwie ~6000-9000 lat temu, tak wysoki poziom podobieństwa badanych regionów introgresji pomiędzy dwoma parami akcesji (G. soja-G. max), których przykłady przedstawiono powyżej, należy uznać za bezpośredni dowód na introgresję G. soja-G. max.

Factors shaping the landscape of G. soja-G. max

Aby zrozumieć siły ewolucyjne kształtujące rozkład introgresji genomowej w dwóch subpopulacjach, najpierw porównaliśmy średnie proporcje introgresowanych fragmentów między regionami pericentromerycznymi i ramionami chromosomalnymi, które zostały z grubsza zdefiniowane na podstawie wskaźników lokalnej rekombinacji genetycznej i fizycznych pozycji powtórzeń wzbogaconych centromerowo w genomie soi. Ogólnie rzecz biorąc, regiony pericentromeryczne wykazują znacznie zmniejszone tempo rekombinacji genetycznej i akumulacji szkodliwych mutacji, takich jak wstawianie elementów transpozycyjnych, w porównaniu z ramionami chromosomalnymi. Stwierdziliśmy, że pomimo pewnych wyjątków, ogólnie regiony pericentromeryczne mają wyższy odsetek fragmentów introgresowanych w subpopulacji G. soja lub subpopulacji G. max (sparowany test t Studenta, wartość p < 0,01, ryc. 2 i plik dodatkowy 3: Tabela S2). Analiza statyczna D dla regionów pericentromerycznych w porównaniu z ramionami została przeprowadzona na tym samym podzbiorze dostępów G. max i G. soja. Jak pokazano na Rys. 3b, statystyka D dla regionów pericentromerycznych (D = – 0,12 ± 0,06) była istotnie niższa niż dla ramion chromosomów (D = – 0,09 ± 0,02) (Rys. 3b), co sugeruje tendencyjną akumulację przepływu genów w regionach pericentromerycznych. Taka tendencyjność może być częściowo wynikiem zmniejszonego tempa rekombinacji genetycznej, a tym samym zmniejszonej skuteczności w oczyszczaniu introgresowanych zmian/fragmentów w regionach pericentromerycznych w porównaniu z ramionami chromosomalnymi.

Teoretycznie introgresja genomowa wynikała ze spontanicznej hybrydyzacji, a kolejne krzyżowania wsteczne obejmujące G. soja i G. max powinny być poddane dwóm różnym naciskom selekcyjnym: naturalna selekcja dla dzikich cech w kierunku tworzenia G. soja lub G. soja-like dostępów adaptacyjnych do naturalnych środowisk versus sztuczna selekcja dla cech uprawnych w kierunku rozwoju G. max lub G. max-like dostępów odpowiednich do uprawy. Jeśli tak jest, to spodziewamy się zaobserwować odrębne wzorce dystrybucji fragmentów introgresowanych pomiędzy G. soja lub G. soja-like. subpopulacje G. soja i G. max. Aby sprawdzić tę hipotezę, najpierw oszacowaliśmy proporcje introgresowanych fragmentów w 122 selektywnych przemiataniach (ryc. 2), które wykazywały poważne redukcje zmienności nukleotydów z subpopulacji G. soja do subpopulacji G. max. Regiony te w uprawianej soi były prawdopodobnie wynikiem silnej presji selekcyjnej działającej na poszczególne loci związane z udomowieniem soi. Zgodnie z oczekiwaniami, w dostępach G. soja wykryto istotnie niższy udział fragmentów G. max w regionach odpowiadających regionom selektywnego wymiatania w porównaniu z pozostałą częścią genomu (sparowany test t-Studenta, wartość p = 0,002667, ryc. 5a). Natomiast istotnie niższy udział fragmentów G. soja w regionach selektywnego wymiatania w porównaniu z pozostałą częścią genomu wykryto w dostępach G. max (sparowany test t-Studenta, p value = 2.542e-09, Rys. 5c).

Patterns of natural selection and artificial selection against genomic introgression. a Proporcje introgresowanych fragmentów G. max w regionach selektywnego wymiatania w porównaniu z fragmentami w całym genomie wykryte w subpopulacji G. soja. b Proporcje introgresowanych fragmentów G. max w regionach QTL związanych z udomowieniem w porównaniu z tymi w całym genomie wykrytym w subpopulacji G. soja. c Proporcje introgresowanych fragmentów G. soja w regionach selektywnego wymiatania w porównaniu z tymi w całym genomie wykrytym w subpopulacji G. max. d Proporcje introgresowanych fragmentów G. soja w regionach QTL związanych z udomowieniem w porównaniu z tymi w całym genomie wykrytym w subpopulacji G. max. Istotne różnice w każdym porównaniu obliczono sparowanym testem t-Studenta. ***p < 0,001

Oszacowaliśmy ponadto udział fragmentów introgresowanych w 44 regionach QTL leżących u podstaw udomowienia soi (Rys. 2). Te QTL zostały ostatnio zidentyfikowane przy użyciu około 800 rekombinowanych linii wsobnych (RIL) pochodzących z krzyżowania Williams 82 z każdą z 2 odmian G. soja PI 468916 (s14) i PI 479752 (s15). Stwierdziliśmy, że udział fragmentów introgresowanych w odpowiednich regionach QTL domestykacji G. max lub G. soja jest nawet mniejszy niż wykryty w regionach selektywnego wymiatania (Rys. 5b, d). Łącznie, obserwacje te wskazują na odmienne wyniki i efekty dwukierunkowej selekcji, tj, selekcja naturalna versus selekcja sztuczna, na zachowanie fragmentów poddanych introgresji w subpopulacjach G. soja i G. max.

Przepływ genów spowodowany introgresją wokół kluczowych genów domestykacji

Interrogresja genomowa została uznana za główną drogę przepływu genów; zastanawialiśmy się, w jaki sposób przepływ genów mógł wpłynąć na proces domestykacji i architekturę genetyczną genomu soi na poziomie populacji. Ostatnio wyizolowano dwa kluczowe geny domestykacji soi: GmHs1-1 i Bloom1 (B1), które kontrolują odpowiednio twardość nasion i kwitnienie okrywy nasiennej. Nieprzepuszczalność okrywy nasiennej i zakwitanie uważano za ważne lub niezbędne dla długoterminowego przetrwania dzikiej soi, podczas gdy przepuszczalna okrywa nasienna bez zakwitania była pożądana dla produkcji rolnej i konsumpcji przez ludzi i była celem selekcji w ramach udomowienia. Zidentyfikowano i funkcjonalnie potwierdzono mutację przyczynową w każdym z dwóch loci dla kluczowego przejścia do udomowienia. Mutacja recesywna (C→T) w regionie kodującym GmHs1-1 spowodowała przejście od nieprzepuszczalnej okrywy nasiennej u dzikiej soi do przepuszczalnej okrywy nasiennej u soi uprawnej, a selekcja na udomowiony allel Gmhs1-1 utworzyła region selektywnego wymiatania o wielkości ~ 160 kb. Mutacja recesywna (C→T) w regionie kodującym B1 była odpowiedzialna za utratę kwitnienia okrywy nasiennej u soi uprawnej, a selekcja na udomowiony allel b1 spowodowała powstanie regionu selektywnego wymiatania o wielkości ~ 301 kb. Według naszej wiedzy, są to jedyne dwa geny zidentyfikowane do tej pory, których dwa allele mogą prawie wyłącznie odróżniać dziką soję od soi uprawnej, a tymczasem identyczna mutacja przyczynowa w każdym z dwóch loci dla udomowionych fenotypów jest wspólna dla soi uprawnej.

Używając SNPs w dwóch selektywnych regionach otaczających loci GmHS1-1/Gmhs1-1 i B1/b1, skonstruowaliśmy filogenetyczne relacje między 62 dostępami G. soja i 129 landraces. Domniemana introgresja obejmująca te dwa selektywne regiony została określona na podstawie relacji filogenetycznych. W regionie ~ 160-kb GmHs1-1/Gmhs1-1 wykazano, że 13 ras lądowych posiada region GmHs1-1 podobny do G. soja, podczas gdy tylko 1 akcesja G. soja, PI 366121 (s58), posiada region Gmhs1-1 podobny do G. max (Rys. 6a). Regiony GmHs1-1 podobne do G. soja znalezione w 13 landracjach były rozproszone we wszystkich głównych kladach populacji G. soja (Rys. 6a), podczas gdy tylko podzbiór kladów regionów GmHs1-1 może być źródłem selekcji dla allelu Gmhs1-1 podczas udomowienia. Tak więc, zróżnicowane regiony GmHs1-1 w tych rasach lądowych powstały najprawdopodobniej w wyniku introgresji międzygatunkowej. W regionie ~ 301-kb B1/b1, PI 339734 okazał się być jedyną odmianą posiadającą region B1 podobny do G. soja, podczas gdy PI 549046 (s28) okazał się być jedyną akcesją G. soja zawierającą region b1 podobny do G. max (Rys. 6b), który jest prawie identyczny z regionem b1 odmiany G. max PI 437654 (m47) (Rys. 6b). Ta akcesja G. soja została filogenetycznie zgrupowana, na poziomie całego genomu, w klad, który jest odległy od innych kladów G. soja sąsiadujących z G. max (Rys. 1), co sugeruje, że region b1 w tej akcesji G. soja prawdopodobnie powstał z G. max w wyniku przepływu genów. Wśród tych ras lądowych, PI 339734 jest jedyną akcesją przetwarzającą zarówno region GmHs1-1 jak i B1 (Rys. 6a, b).

Zależności filogenetyczne wśród 191 akcesji ujawnione przez porównanie z dwoma regionami selektywnego wymiatania. a Region GmHs1-1 i b region B1. Gwiazdkami oznaczono dostępy G. soja i G. max zawierające introgresowane fragmenty odpowiednio od G. max i G. soja

Selektywne przemiatanie otaczające QTL domestykacji jest generalnie wykrywalne na poziomie populacji, ale granice konkretnych haplotypów podlegających selekcji w ramach danego regionu selektywnego przemiatania różnią się między poszczególnymi dostępami. Aby dokładniej prześledzić ślady przepływu genów obejmujące te kluczowe loci domestykacji, przybliżyliśmy dwa geny domestykacji i ich przyległe sekwencje, w tym odpowiednie przypuszczalne sekwencje promotora i terminatora, koncentrując się na mutacji sprawczej, która spowodowała powstanie allelu domestykacji w każdym locus. W locus GmHs1-1/Gmhs1-1 stwierdzono, że 13 ras lądowych posiada haplotypy G. soja lub podobne do G. soja, w tym nukleotyd specyficzny dla GmHs1-1 (C), podczas gdy 7 populacji G. soja posiada haplotypy G. max lub podobne do G. max, w tym nukleotyd specyficzny dla Gmhs1-1 (T) (Rys. 6a i plik dodatkowy 2: Rysunek S4). Zgodnie z filogenezą regionów przemiatania B1/b1 wśród 191 akcesji (Rys. 6b), G. soja PI 549046 (s28) posiada haplotyp b1, w tym mutację przyczynową (T) dla b1, który jest identyczny z haplotypem 191 ras lądowych, podczas gdy haplotyp rasy lądowej PI 339734 (m30) jest wysoce identyczny z haplotypami większości dostępów G. soja, w tym nukleotydem (C) specyficznym dla B1 (Dodatkowy plik 2: Rysunek S5). Biorąc pod uwagę filogenetyczne rozróżnienie subpopulacji G. soja i G. max, wykryta domieszka regionów selektywnego wymiatania i haplotypów w dwóch loci genów domestykacji w badanej populacji byłaby uważana za kolejny dowód na przepływ genów między subpopulacjami.

Introgresja ujawniona przez asymetryczne zróżnicowanie między genomem jądrowym i organellarnym

Zważywszy, że krzyżówki między G. soja i G. max mogą być łatwo wykonane w celu wytworzenia płodnych nasion, wykryta introgresja lub przepływ genów w tym badaniu, jak opisano powyżej, została uznana za relikty rund spontanicznej hybrydyzacji obejmującej te dwie pule genów poprzez rozprzestrzenianie się pyłku i/lub rozproszenie nasion. Teoretycznie, niektóre z tych hybrydyzacji mogłyby zostać wykryte przez porównanie genomów organellarnych w kontekście architektury genetycznej zdefiniowanej przez ich genomy jądrowe. W związku z tym przeanalizowaliśmy sekwencje genomów chloroplastowych 191 zsekwencjonowanych akcesji soi. Wśród 191 genomów chloroplastowych zidentyfikowano łącznie 333 wysoce dokładne SNP, które następnie wykorzystano do skonstruowania drzewa filogenetycznego (Rys. 7). Ogólnie, 191 genomów chloroplastowych zostało pogrupowanych w 2 podgrupy, podgrupę G. max i podgrupę G. soja. Zgodnie z oczekiwaniami, genomy chloroplastowe akcesji G. max w obrębie podgrupy G. max są mniej zróżnicowane niż genomy akcesji G. soja w obrębie podgrupy G. soja. Pomimo wyraźnego zróżnicowania genomów chloroplastowych pomiędzy podgrupami G. max i G. soja, 24 akcesje G. max zostały zgrupowane w podgrupie G. soja, a 3 akcesje G. soja w podgrupie G. max (Rys. 7). Obserwacje te wskazują na występowanie zdarzeń hybrydyzacji G. soja-G. max z G. soja lub G. max jako rodzicem macierzystym. Zdarzenia takie najwyraźniej zmieniły architekturę genetyczną genomów jądrowych zarówno subpopulacji G. soja jak i G. max.

Asymetryczna dywergencja genomów jądrowych i chloroplastowych pomiędzy dostępami G. max i G. soja. Drzewo filogenetyczne genomu jądrowego 191 dostępów zostało skonstruowane przy użyciu wszystkich SNP wykrytych w całym genomie, podczas gdy drzewo filogenetyczne chloroplastu tego samego zestawu dostępów zostało skonstruowane przy użyciu 333 wysoce pewnych SNP rozmieszczonych w całym genomie chloroplastu. Akcesje G. max zostały zaznaczone niebieskimi gałęziami 2 drzew i oznaczone niebieskimi kropkami, podczas gdy akcesje G. soja zostały zaznaczone czerwonymi gałęziami 2 drzew i oznaczone czerwonymi kropkami. Te same dostępy w 2 drzewach zostały połączone liniami. Niebieskie linie oznaczają dostępy G. max posiadające chloroplasty typu G. soja, pomarańczowe linie oznaczają dostępy G. soja posiadające chloroplasty typu G. max, a szare linie oznaczają dostępy G. soja i G. max posiadające chloroplasty odpowiednio typu G. soja- i G. max

Dla dostępów G. max i G. soja posiadających odpowiednie chloroplasty G. max i G. soja, bardziej blisko spokrewnione dostępy według ich genomów jądrowych mają tendencję do dzielenia identycznych lub bardziej podobnych haplotypów ich genomów chloroplastowych (Rys. 7 i plik dodatkowy 2: Rysunek S6), sugerując koewolucję między genomami jądrowymi i genomami chloroplastowymi jako ogólny wzór. Jednakże, zaobserwowano również wyraźne wyjątki. Na przykład, niektóre dostępy o wysoce zróżnicowanych genomach jądrowych miały identyczne lub prawie identyczne haplotypy genomów chloroplastowych, a niektóre dostępy o bardziej zbliżonych genomach jądrowych miały bardziej zróżnicowane haplotypy genomów chloroplastowych (plik dodatkowy 2: Rysunek S6). Takie wyjątki sugerują, że zdarzenia hybrydyzacyjne między wysoce rozbieżnymi dostępami pod względem ich genomów jądrowych w obrębie subpopulacji G. max lub w obrębie subpopulacji G. soja również miały miejsce, a takie zdarzenia są bardzo prawdopodobne, że są odpowiedzialne za obserwowane niezrównane zróżnicowanie odmianowe między genomami jądrowymi i chloroplastowymi.

.