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      葉形態(tài)建成基因家族的進(jìn)化研究

      發(fā)布時(shí)間:2015-10-26
      來源:科技外事處

            葉片是植物進(jìn)行光合作用及蒸騰作用的重要器官。在植物界尤其是被子植物中,葉片的形態(tài)變異多樣使其成為研究物種重要器官進(jìn)化的熱點(diǎn)。葉器官的發(fā)育過程非常復(fù)雜,并且有一系列重要的基因家族在葉形態(tài)建成過程中發(fā)揮著重要的作用。其中homeodomian (HD) KNOTTED-like homebox transicription factors ( KNOX) 基因家族,由于其主要控制頂端分生組織的形成而在葉形態(tài)建成的過程中發(fā)揮著重要的作用。 

            版納植物園動(dòng)植物關(guān)系組的高潔博士與其合作者從目前已完成全基因組測(cè)序的48 種植物中搜索鑒定共得到394個(gè)KNOX 基因家族成員,涵蓋了整個(gè)植物界,從綠藻,苔蘚,蕨類到被子植物。通過系統(tǒng)發(fā)育分析表明該家族可分為三個(gè)亞家族,并且該家族最早在綠藻中起源,其祖先基因跟class I 亞家族的親緣關(guān)系最近,從而表明,class I 亞家族代表了其祖先類型。該家族基因在進(jìn)化的過程中主要發(fā)生了兩次大的擴(kuò)張事件,第一次是由藻類到苔蘚植物發(fā)生一次基因的重復(fù)從而分化出class I class II 兩個(gè)亞家族,并且兩個(gè)亞家族開始行使不同的功能:class I 基因主要維持孢子體分生細(xì)胞; class II 基因主要調(diào)控從配子體到孢子體的形態(tài)轉(zhuǎn)換。第二次擴(kuò)張為從低等植物到被子植物的擴(kuò)張,其兩個(gè)亞家族的家族成員數(shù)目在被子植物中變異較大,開始分化出新的功能,并且在雙子葉植物中分化出了第三個(gè)亞家族 KNATM 

            通過對(duì)進(jìn)化選擇壓力的分析表明,兩個(gè)亞家族在進(jìn)化的過程中分別經(jīng)歷了不同的選擇壓力,其中class II 亞家族經(jīng)歷了更為松弛的純化選擇。我們通過對(duì)幾種代表物種的基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析,尤其是通過對(duì)大豆的包括了203個(gè)樣本,不同部位共346 個(gè)sequencing runRNA-seq 數(shù)據(jù)的分析,構(gòu)建了KNOX 基因家族在大豆中的精細(xì)表達(dá)譜。結(jié)果表明,其class I 亞家族的基因成員表達(dá)較為保守,主要在葉及胚胎發(fā)育期的頂端分生組織中表達(dá);而class II 亞家族的基因成員有更廣的表達(dá)譜,在葉,根,花序,包括種皮均檢測(cè)到表達(dá)。從而我們推斷其class II 基因家族可能還分化出更新的功能有待于進(jìn)一步的基因功能的研究。 

            本研究以Evolution, diversification, and expression of KNOX proteins in plants 為題發(fā)表于Frontiers in Plant Science.

      Fig 1 knox 基因家族的進(jìn)化發(fā)育樹

       Fig 2  KNOX 基因家族在大豆中的表達(dá)譜

      本文作者:高潔

      責(zé)任編輯:張維靜_151c53
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