基因复制是谁提出的，基因复制是谁提出的威尔逊

投稿用户 • 2023年3月18日 am10:33 • 范文大全 • 阅读 280

近日，澳大利亚默多克大学李承道课题组, 浙江大学生命科学学院边红武课题组, 和杭州师范大学生命与环境科学院曾章慧课题组合作，在 BMC Biology （中科院生物学 1区，2021 IF: 7.364）发表题为 ”Comparative gene retention analysis in barley, wild emmer, and bread wheat pangenome lines reveals factors affecting gene retention following gene duplication ” 的研究论文，利用小麦属作物基因组数据，对基因复制后影响基因留存的可能因素进行了探索，在泛基因组水平揭示： “基因剂量效应”，“环境选择”和 “物种特异选择”是影响基因留存的可能因素。

基因复制是生物基因组内一个非常普遍的现象，是基因和基因组进化的主要机制。其基本原理是：基因复制导致功能冗余 (functional redundancy)，为自然突变和环境选择提供了作用材料和对象，导致同源基因在基因表达水平或蛋白功能水平发生差异，最终体现为不同个体或者物种表观性状的多样性。群体遗传的理论模型预测，基因复制后大部分基因都通过基因漂移 (gene drift) 丢失，只有一小部分保留了下来。这就产生一个问题：什么样的基因能够最终固定下来呢？或者说基因复制后，影响基因留存的因素有哪些呢？这个问题目前还未得到很好的解答。

图1. HPT2基因在不同物种和群体里的分布。

研究人员在研究一个大麦中维生素E 合成通路基因homogentisate phytyltransferase（HPT）时，观察到一个现象：该基因在大麦参考基因组(Morex)内存在两个拷贝，其中一个拷贝HPT1在所有大麦中高度保守，而另外一个拷贝HPT2只存在于部分大麦材料中（20个 pangenome lines 中的13个含有HPT2，占比65%）。进化分析表明，HPT2 起源于禾本科植物分化之前HPT1的一次基因复制。有趣的是HPT2在20个四倍体野生二粒小麦pangenome lines里占比 40%，在16个6倍体小麦pangenome lines 里占比 12.5%（跟倍性和HPT1的基因数目成反比）。除此之外，HPT2只存在于以色列进化峡谷 “北坡”（湿冷）的大麦中，而“南坡”（干热）大麦则缺失这个基因。有意思的是，西藏大麦109份材料里，108份含有HPT2基因。结合这些观察和进一步的自然选择分析，研究人员推测HPT2基因处于基因复制到基因固定的过渡阶段，其基因保存受到环境选择影响。进一步的基因表达和基因功能验证表明，HPT2和HPT1具有功能重叠性，都能参与维生素E 的合成，从而也支持“基因剂量效应”假说。

图2. HPT2基因表达及功能验证。

基于 HPT2在不同物种及同一物种不同群体中留存的比例受到基因剂量和环境适应的影响这个观察，作者运用生物信息学工具，在整个基因组水平筛选到326个跟HPT2类似的基因（HPT2-pattern-like genes）并进一步做了基因功能富集和自然选择分析，探索了该类基因的一些特征，发现这些HPT2-类似基因与植物防御反应和抗逆性显著相关。关于基因复制后基因保存的研究一直存在。之前的研究基于对单个参考基因组内基因复制特征的分析，提出了包括基因功能差异化，基因剂量平衡，蛋白结构及功能牵连等各种各样的假说。本研究从对一个基因偶然的观察，然后在整个基因组水平进行分析，第一次从群体水平对该问题进行了探索。利用大麦，野生二粒小麦，和小麦的倍性差异，发掘出支持基因剂量效应，环境适应，和物种特异进化的新的证据。

图3. 跨物种通源基因鉴定和HPT2-类似基因的功能分析。

默多克大学李承道教授，浙江大学生命科学学院边红武教授与杭州师范大学生命与环境科学院曾章慧博士为共同通讯作者。默多克大学西部作物遗传联盟贾永博士和杭州师范大学生命与环境科学学院在读硕士许名锐为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金，浙江省重点科技项目，及澳大利亚谷物研发中心的资助。

原文链接：

https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-022-01503-z

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