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性格决定命运: 昆明植物所研究发现基因特征对全基因组重复产生基因进化命运的影响

文章来源:种质资源库  |  发布时间:2013-02-25  |  作者:江文恺  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

多倍化在被子植物中普遍存在,几乎所有的被子植物基因组都经历过多倍化事件,与人们生产生活密切相关的许多作物都是多倍体或古多倍体。多倍化是被子植物进化的重要力量,许多植物物种就是多倍化形成的。例如,拟南芥基因组经历了至少3次多倍化事件,水稻基因组经历了至少2次多倍化事件,玉米基因组经历了至少3次多倍化事件。在多倍化发生后,整个基因组将经历快速的进化以重建二倍体的二倍化过程。在二倍化过程中,发生大量持续性的基因丢失事件。在以往的研究中发现,二倍化过程中基因的保留和丢失具有显著的偏好性,某些功能类别的基因更倾向被保留下来。然而,基因保留和丢失的偏好性这一现象背后的机制至今尚没有明确的结论。

中国科学院昆明植物研究所国家大科学装置中国西南野生生物种质资源库植物种质资源与基因组学研究中心高立志研究员课题组历时六年,对拟南芥、水稻、玉米、高粱、杨树和大豆六个植物基因组的全基因组重复现象进行详尽的分析,深入研究了基因的诸多生物学特征对基因保留和丢失偏好性的影响,发现基因的进化速率、结构复杂性与GC含量对基因保留具有显著的影响;进一步的分析表明,基因的特征在一定程度上决定了全基因组重复发生后保留的重复基因倾向于通过哪一种机制留存在基因组中,结构复杂的基因发生亚功能化的几率最高,低进化速率的基因往往受到剂量平衡效应的影响,而高GC含量的基因更倾向发生新功能化。

该研究第一次在多达六个有花植物基因组中对全基因组重复现象进行了比较分析,通过详细的统计学分析发现了决定基因保留或丢失的一些普遍性机制。研究结果不仅有助于目前全基因组重复后重复基因进化命运的诸多进化模型争议的解决,对进一步的研究提供了重要启示,即基因本身的特征对其进化命运具有显著的影响。
该成果在线发表于植物学领域著名学术刊物美国《植物生理学报》(Plant Physiology),"Prevalent role of gene features in determining evolutionary fates of WGD duplicated genes in flowering plants" 。

 

六种被子植物基因组最近一次全基因组重复事件示意图。

A.   A. thaliana; B. P. trichocarpa; C. G. max; D. O. sativa; E. S. bicolor; F. Z. mays.

 六种被子植物全基因组重复事件后三类不同保留基因特征的比较


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