Together We Stand: Genes Cluster to Coordinate Regulation
- 作者
- Grigoris Amoutzias, Yves Van de Peer
- 单位
- Department of Plant Systems Biology, VIB and Department of Molecular Genetics, Ghent University, Technologiepark 927, B-9052 Ghent, Belgium
- 杂志
- Developmental Cell（2008）
- DOI
- 10.1016/j.devcel.2008.04.006
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
真核生物中功能相关基因成簇的机制与进化意义，以及拟南芥三萜合成基因簇的起源和演化。
研究策略
综合评述Field和Osbourn(2008)的研究，结合系统发育分析、基因组比较、基因表达分析和表观遗传学数据，探讨基因簇的进化起源。
核心内容
该研究综合评述了Field和Osbourn关于真核生物功能相关基因成簇机制与进化意义的成果，重点探讨拟南芥和燕麦三萜合成基因簇的起源。通过系统发育分析、基因组比较、基因表达及表观遗传学数据，发现拟南芥三萜基因簇中四个基因表达高度相关，相关系数达0.86；燕麦皂苷合成五个位点聚集在3.6 cM范围内，随机分布概率极低；拟南芥近缘种琴叶拟南芥中该基因簇含超过100 kb的插入（多为转座子）。四个基因均显著富集组蛋白H3K27me3标记，暗示表观遗传调控参与基因簇内协调表达。功能实验显示，地上组织过表达中间产物导致严重矮化，而高水平终产物促进根伸长，说明基因簇形成有利于代谢通量控制和避免有毒中间体积累。研究结论支持两物种三萜基因簇由祖先基因独立趋同进化而来，排除水平基因转移，为理解代谢基因簇的进化提供了新视角。
创新点
提出拟南芥和燕麦的三萜合成基因簇是趋同进化的结果，并揭示基因簇内协调表达的表观遗传调控（H3K27me3）。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Arabidopsis thaliana | 三萜生物合成 | OSC (2,3-oxidosqualene cyclase) | — | 催化 | 编码2,3-氧化鲨烯环化酶 |
| Arabidopsis thaliana | 三萜生物合成 | CYP450 | — | 催化 | 两个细胞色素P450单加氧酶 |
| Arabidopsis thaliana | 三萜生物合成 | BADH acyltransferase | — | 催化 | BADH酰基转移酶 |
| Avena (oat) | 三萜生物合成 | Sad1 (OSC) | — | 催化 | 燕麦燕麦素簇中的单子叶特异OSC基因 |
| Avena (oat) | 三萜生物合成 | CYP450 | — | 催化 | 燕麦簇中的单子叶特异CYP450 |
| Avena (oat) | 三萜生物合成 | acyltransferase | — | 催化 | 燕麦簇中的单子叶特异酰基转移酶 |
关键发现
- 拟南芥三萜基因簇四个基因表达高度相关(r=0.86)
- 燕麦皂苷合成五个位点位于3.6 cM范围内，随机分布概率极低
- 拟南芥近缘种琴叶拟南芥(A. lyrata)中该基因簇含>100kb插入（多为转座子）
- 四个基因均显著富集组蛋白H3K27me3标记
- 地上组织过表达中间产物导致严重矮化，而高水平产物导致根伸长。
研究结论
拟南芥和燕麦的三萜基因簇可能由祖先基因独立进化而成，排除水平基因转移；基因簇形成有利于基因协调表达和代谢通量控制。