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科学家揭示植物MKK基因家族新的扩张机制

 2018/6/11 10:10:37 《最新论文》 作者:上海生命科学研究院 我有话说(0人评论) 字体大小:+

5 月 29 日,BMC Genomics 在线发表了中国科学院上海辰山植物科学研究中心植物抗逆与分子进化(草种种质资源创新)研究组题为 Comparative analysis of plant MKK gene family reveals novel expansion mechanism of the members and sheds new light on functional conservation 的研究论文。该研究报道了植物 MKK 基因家族在进化过程中存在两个独特的扩张机制,并在该家族的功能演化方面提出了新的观点。该论文的第一作者是蒋敏。

该研究系统分析了 51 种从单细胞到多细胞的单子叶和双子叶植物中 MKK 基因家族的进化历史,并调查了这些物种中 MKK 各个亚族的组成与序列特点以及在不同植物中的表达模式。结果显示,植物 MAPKK 基因家族可以分成 A - E 五个亚家族。大部分亚族在所有植物都比较保守,只含有 1 个或低拷贝基因。而在 A 亚族进化过程中出现过几次基因重复事件,导致了多基因拷贝的出现。进一步分析发现这些基因重复事件是由于植物整个基因组重复引起的。研究人员还发现因串联重复事件导致了 E 亚族在单子叶植物中出现了 MKK 基因的扩张,并伴有磷酸化位点 S /T-X5-S/ T 中丝氨酸或苏氨酸碱基的突变,这些突变可能与 MKK 基因功能的演化相关。另外,B 类 MKK(MKK3)基因还含有一个 NTF2 功能结构域。此结构域是生物体内唯一可单独形成蛋白的蛋白质,介导 RanGDP 蛋白的核质转运。NTF2 与 MKK3 的进化分析显示出他们的整合主要发生在植物进化的早期,被子植物中并不存在这一现象。并且高等植物 MKK3 基因中的 NTF2 结构域的核质转运功能逐渐消失,这可能与植物基因在进化过程中表现出越来越精细的功能有关。此外,表达分析表明植物 MKK 基因可能在 UV- B 信号中起作用。

植物抗逆与分子进化研究组(组长:储昭庆)一直致力于研究进化过程中保守的抗逆基因在草种多重抗逆中的作用。课题组前期在冷季型草坪草模式植物二穗短柄草 MAPK 蛋白级联和其下游的转录因子及负调控基因家族的研究方面取得系统性研究成果,发表一区 SCI 论文 1 篇,二区 SCI 论文 6 篇,三区 SCI 论文 2 篇,申请发明专利两项。这些工作为筛选抗逆草种和提高草坪草抗逆性尤其是冷季型草坪草的耐热性提供了研究基础和理论依据,为进一步研究抗逆基因在草种中耐受极端生境的作用机理,最终培育出抗逆性强、一年四季常绿、高耐受及高富集重金属等的草种以期在环境修复中加以应用等打下坚实的基础。

该研究得到了中科院种质资源创新项目(zszc-013)和上海市绿化和市容管理局项目 (G162406 和 G162407) 的支持。

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