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通過比較基因組學，在基因組層次上研究特定基因家族的進化，進而揭示其變化的原因和機制，已成為目前進化生物學關(guān)注的熱點問題。生態(tài)進化生物學研究組研究人員利用模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）及其近緣物種琴葉擬南芥（A. lyrata）和小鹽芥（Thellungiella halophila）的基因組信息，研究了轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Alfin-like基因家族在三個近緣物種中的進化歷程、重復基因的丟失、及功能分化的分子機制。研究結(jié)果以Molecular Evolutionary Analysis of the Alfin-Like Protein Family in Arabidopsis lyrata, Arabidopsis thaliana, and Thellungiella halophila為題發(fā)表在PLoS ONE上。

Alfin-like蛋白是一類含鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，在植物抗逆過程中扮演著重要的角色。迄今為止，從全基因組層次上研究基因家族在較小的進化尺度上的進化模式和機制的研究較少。由于擬南芥、琴葉擬南芥和鹽芥三個物種親緣關(guān)系較近，分化時間約10-12個百萬年，具有明顯的微共線性，為研究種系特異的基因重復事件和基因分化的進化模式及其分子機制提供了良好的素材。

為此，研究人員鑒定得到擬南芥及其近緣物種琴葉擬南芥和小鹽芥的Alfin-like蛋白家族成員，通過基因結(jié)構(gòu)、基因的重復和丟失、蛋白結(jié)構(gòu)域間的共進化、密碼子的偏好性、及選擇壓力的測試且結(jié)合相應的功能研究驗證得出以下結(jié)論：Alfin-like蛋白序列兩端的DUF3594和PHD-finger結(jié)構(gòu)域存在顯著的共進化關(guān)系，后者在結(jié)構(gòu)上可能傾向于結(jié)合DNA雙螺旋而前者傾向于和其他抗逆蛋白結(jié)合而實現(xiàn)抗逆功能，二者的共進化關(guān)系揭示了兩個蛋白結(jié)構(gòu)域功能上的統(tǒng)一；三個物種的Alfin-like基因家族成員在物種分化前發(fā)生了通過大片段重復產(chǎn)生的基因倍增事件，在物種分化后又在小鹽芥中發(fā)生了基因丟失事件；選擇壓力檢測在七個分支中的四個上檢測到正向選擇，說明四個基因在三個物種分化前就受到了自然選擇；值得注意的是四個基因中只有AL7的正選擇位點落在了PHD-finger結(jié)構(gòu)域上，且AL7的分化情況與另外三個顯著不同，前三個基因的分化是通過改變密碼子偏好和第三位密碼子GC比例而實現(xiàn)，但AL7則在三個物種間表現(xiàn)出了密碼子偏好和第三位密碼子GC比例的保守；對模式植物擬南芥的AL7進行基因敲除與基因過量表達的遺傳學實驗揭示AL7在鹽脅迫條件下發(fā)揮了負調(diào)控的作用，而作為對照的發(fā)生基因丟失事件的AL3則沒有表現(xiàn)出明顯的調(diào)控作用。

Alfin-like基因家族在三個物種的進化關(guān)系及基因結(jié)構(gòu)

三個物種Alfin-like基因的分化機制分析