Учёные раскрывают ключевые аспекты эволюции генов MADS-box у зелёных растений

от

Гены MADS-box, критически важные регуляторные элементы у эукариот, претерпели значительную диверсификацию у зелёных растений. Хотя эти гены широко изучались, понимание их происхождения и эволюции, особенно взаимосвязей между различными типами генов и их функциональной диверсификацией, остаётся неполным.

Для решения этой проблемы исследователи из Уханьского ботанического сада (WBG) Китайской академии наук прояснили ключевые аспекты эволюции генов MADS-box у зелёных растений. Они систематически проанализировали геномные и транскриптомные данные 551 представителя эукариот и интегрировали данные о последовательностях и структуре белков, чтобы реконструировать эволюционную историю этих жизненно важных генов. Их выводы были опубликованы в журнале Plant Communications.

Команда идентифицировала 4 899 последовательностей MADS-box у 445 видов. Все эти гены были разделены на два основных класса — тип I и тип II — на основе их структурных особенностей и эволюционного родства с хорошо изученными генами MADS-box у животных и растений.

Основные выводы исследования

  • Происхождение генов типа I у растений: гены типа I имеют полифилетическое происхождение. Все гены типа I произошли от хлорофитов, а подгруппа генов Mα у наземных растений (обозначенная как подгруппа Mα-1) ортологична генам типа Serum response factor (SRF). Остальные гены Mα у наземных растений (подгруппа Mα-2), а также гены Mβ и Mγ у наземных растений и все гены типа II являются ортологами генов типа Myocyte enhancer factor-2 (MEF2).
  • Древние дупликации: в стволовой группе существующих стрептофитов были выявлены два древних события дупликации. Первое событие разделило гены типа II на два отдельных клада; за ним последовало второе дублирование, которое породило две ancestral MIKC-линии, которые в конечном итоге дали начало генам MIKC$^C$ и MIKC*.
  • Изменения в архитектуре белков MIKC$^C$: у наземных растений архитектура белков MIKC$^C$ претерпела значительные эволюционные изменения, в частности, значительное укорочение их C-концов. Это обнажает ключевые домены, что является структурным условием для формирования тетрамеров.
  • Эволюционная адаптация: поддомен K3 белков MIKC$^C$ (особенно у папоротников) демонстрирует обогащение гидрофобными остатками, что указывает на потенциальную эволюционную адаптацию, связанную с диверсификацией олигомеризации MIKC$^C$ у наземных растений.

Филогенетический анализ показал, что четыре основных клада генов MIKC$^C$ уже были сформированы у общего предка папоротников и семенных растений. Эти клады, вероятно, служат основой для функционального разнообразия генов MIKC$^C$ у семенных растений.

В совокупности эти результаты проясняют три ключевых аспекта эволюции генов MIKC$^C$:

  • Они объясняют полифилетическое происхождение генов типа I у растений.

  • Они документируют раннее событие дупликации в стволовой группе стрептофитов, которое привело к появлению генов MIKC$^C$ и MIKC*.

  • Они описывают поэтапные эволюционные процессы, лежащие в основе функциональной диверсификации генов MIKC$^C$ у семенных растений.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте