重复基因表达分化的分子机制

1920px-Arabidopsis_Thaliana_planted_in_Laboratory表达模式是基因的基本属性,了解基因表达模式在进化中的改变及其分子机制是进化生物学研究的重要内容。然而,由于表达模式本身是个非常复杂的概念,前人对其进化分子机制的研究尚不深入,典型的例子并不多见。中国科学院植物研究所孔宏智研究组以拟南芥中的APETALA1AP1)和CAULIFLOWERCAL)基因为例,对重复基因表达分化的模式、过程和机制进行了研究。

研究人员发现,作为一对由基因组加倍事件产生的重复基因,AP1CAL在表达的时、空、量上均有差异,而且这些差异与其调控区一些转录因子结合位点的存在与否有关。在众多的转录因子结合位点中,AP1调控区的一个CArG box是导致两个基因表达分化的重要原因——由于该位点的存在,AP1既能自调控、又能被CAL调控,从而使AP1能够长时间维持较高的表达水平。通过进化分析,研究人员发现AP1的这个自调控位点是在拟南芥和琴叶拟南芥的最近共同祖先中获得的,是对祖先基因中个别碱基的修饰。研究还发现,AP1CAL在调控元件上的差异是逐渐积累的,前者在保留祖先所有转录因子结合位点的同时获得了新的调控元件,而后者在进化的早期就丢失了多个转录因子结合位点。

该研究结果不仅阐明了AP1CAL表达分化的分子机制,而且揭示了调控元件和表达模式进化的过程和特点。特别值得一提的是,该研究表明重复基因的表达分化其实是一个非常复杂的动态过程,不能用简单的经验模型来解释。研究结果对于理解基因表达进化的模式和机制具有重要意义,同时为深入理解重复基因的表达分化提供了新的思路。

该研究结果于4月5日在线发表在Plant Physiology 期刊上。孔宏智研究组博士生叶玲玲和博士毕业生王斌为该论文的并列第一作者。研究得到了国家自然科学基金、中科院创新交叉团队项目和中科院青年创新促进会的资助。

论文链接:http://www.plantphysiol.org/content/early/2016/04/05/pp.16.00320.full.pdf

(据中国科学院职务研究所)

原创文章,如若转载,请注明出处。

相关文章

  • 研究发现金黄色葡萄球菌WalKR信号传导关键性残基

    金黄色葡萄球菌是一种极具危害的人类病原菌,具有较高的致死率。近年来,耐药性菌株的大规模流行更加剧了治疗的难度。目前,治疗金黄色葡萄球菌感染的常用方法为抗生素治疗。其中一大类抗生素,例如青霉素、万古霉…

    2016-03-25
  • 人类终于知道茶的味道为什么不一样了,科学家首次成功破译茶树基因组

    茶是自从公元3000年前世界上最为古老也是最为广泛饮用的含咖啡因软饮料,目前全球160多个国家的30亿人喝茶爱茶。茶作为最早饮料的可信记录可以推至公元前三世纪我国的商代;传说神农尝百草而始有医药,神农氏因此被…

    2017-05-25
  • 棉花抗黄萎病的克星

    棉花黄萎病是由土壤病原真菌–大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.)所引起的一种植物维管束病害。该病具有分布广,危害重,病原菌存活时间长,化学农药难于防治等特点。多年以来,棉花黄萎病严重威胁着棉花的…

    2016-03-10
  • 肥胖如何加重乳腺癌转移的?

    肥胖可以促使机体释放一些细胞因子到血液中,这些细胞因子能影响乳腺癌细胞的新陈代谢,导致癌细胞更具有侵袭性。海德堡大学医学院、慕尼黑工业大学和黑尔姆霍尔茨的科学家在《细胞代谢》杂志上做了一篇报道。该研…

    2017-10-27
  • 科学家揭示MLL家族蛋白甲基转移酶活性调节的分子机制

    据中国科学院上海生命科学研究院报道,国际学术期刊《自然》(Nature)于2月18日以Article的形式在线发表了该院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心(上海)雷鸣、陈勇研究组和中国科学院大连化学物理研…

    2016-02-20
  • 科学家揭示机械敏感离子通道的分子作用机制

    据清华大学,该校药学院肖百龙课题组在《神经元》(Neuron)期刊以长文形式在线发表了题为《机械敏感Piezo通道离子通透和机械力传导机制》的研究论文,首次系统报道了Piezo通道如何感知机械力刺激并控制其离子流通的…

    2016-02-29