拟南芥MADS-box新基因的起源和演化初探

来源 :2015全国植物生物学大会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lijun1111
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  新基因在基因组中的保留以及在群体中的固定是生物演化的基本过程,也是分子演化生物学关注的核心问题之一。我们以拟南芥属(Arabidopsis)作为研究对象,通过基因组比较、系统发育和基因共线性等分析,探寻在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中谱系特异的基因重复事件,并对其进行了分子生物学和分子演化分析。研究发现,拟南芥AGL 基因家族的一个支系中的两个基因起源于拟南芥物种形成以后发生的基因重复事件,他们属于I 型MADS-box 转录因子家族,已有研究表明这类转录因子在体内以同源或异源二聚体的形式发挥作用。亚细胞水平的定位模式分析表明这两个新基因的翻译产物不仅定位于细胞核中,而且还定位于细胞膜、高尔基体、线粒体和质体中;与其祖先基因编码的蛋白相比,两个新基因的编码产物呈现了不同的并且更广泛的定位模式。不同的表达模式及其翻译产物新的亚细胞定位模式均暗示了新基因在基因重复之后可能演化出了新的功能。分子演化分析发现在新基因编码蛋白分别在MADS-box 功能结构域和蛋白质C 端区域有密集的正选择信号;酵母双杂实验表明,一个新基因编码产物和祖先基因产物在体外均可以与另一个AGL 家族成员AtAGL48 互作形成异源二聚体,但另一个新基因的产物则失去了这样的相互作用。本研究还对500 多个世界范围分布的拟南芥自然居群中这两个基因的分布进行了检测,结果发现,在演化过程中,其中一个新基因在居群中尚未固定,是一个中等频率(~35%)的分离基因;而另一个新基因已接近固定(频率大于90%)。本研究为我们了解年轻基因在起源早期的演化提供了一个新的视角,并提出了植物中新基因通过改变亚细胞水平定位模式而发生新功能化的新证据,从而丰富了在自然选择作用的驱动下重复基因被保留并且进一步分化的模式,为进一步深入研究基因家族的演化历程提供参考。
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