本文運用生物信息學方法在12個豆科植物基因組中對DGAT（甘油二酯�；D(zhuǎn)移酶）基因進行了全基因組鑒定,發(fā)現(xiàn)在四倍體花生和大豆基因組中含有的基因拷貝數(shù)相對較多,分別為17、10,這可能是導致其油脂合成能力高于其他作物的重要因素。通過對家族基因進行系統(tǒng)發(fā)育分析,發(fā)現(xiàn)DGAT基因在真雙子葉植物分化之前已存在,在豆科植物中經(jīng)歷反復的全基因組加倍,使得家族得到擴張;并且串聯(lián)重復對于家族擴增起到了不可忽視的作用,如葡萄中的兩個旁系同源基因,由于串聯(lián)重復使得基因拷貝數(shù)量提高了150%。大豆中DGAT基因在不同的組織中表達模式與其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系也表現(xiàn)出了關(guān)聯(lián)性。該基因家族相對保守,與豆科基因組進化基本保持了一致的進化速率。本研究對于認識豆科植物DGAT基因進化過程具有重要的理論意義,同時在基因組學水平為大豆、花生等油脂合成品質(zhì)改良提供了理論支撐。 

【文章來源】：中國油料作物學報. 2020,42(05)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

豆科基因組中DGAT基因同源拷貝數(shù)

系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建是發(fā)現(xiàn)基因進化速率、分化關(guān)系分析的有效方式，這里對外類群及豆科植物中DGAT基因的氨基酸序列，利用IQ-TREE構(gòu)建了其92個DGAT基因的系統(tǒng)發(fā)育樹（圖2）。豆科植物及葡萄的DGAT基因可以分為三個旁系同源集合，由于豆科植物與葡萄共有祖先在大約1.15億～1.3億年前，共同經(jīng)歷了一次全基因組的三倍化事件[52]，在葡萄基因組中存在一組3個旁系同源基因集合，然而在葡萄和豆科植物分化之后，在葡萄基因組中發(fā)生了重復基因丟失，僅僅留下了2個旁系同源集合分別是Vv14g21897與Vv14g33023構(gòu)成的一組旁系同源，在進化中串聯(lián)重復對于葡萄基因組中的DGAT基因的擴增起到了重要作用，如基因Vv14g33023和Vv14g33025發(fā)生了串聯(lián)重復，Vv04g26421和Vv04g26423同樣也發(fā)生了串聯(lián)重復，串聯(lián)重復使得葡萄基因組中的該家族基因擴張幅度為150%=((5-2）/2)x100%。相比較地，在豆科基因組中3個旁系同源分支都存在，這表明葡萄基因組中的丟失發(fā)生在與豆科物種分化之后。野生型二倍體花生基因組的雜交促進了四倍體花生基因組中DGAT基因同源拷貝數(shù)的增加，尤其是四倍體花生A基因組中來自6號染色體的基因發(fā)生了串聯(lián)重復，值得注意的是，其中的一個基因Aha06g0857，在系統(tǒng)發(fā)育樹中與二倍體BB基因組中的Ai06g2730聚類到了一個分支上，導致這一拓撲結(jié)構(gòu)變化的可能是由于花生A基因組可能具有較快的進化速率，又或者是基因置換導致。四倍體基因組BB中的Ahb06g2544，置換了對應在四倍體花生AA基因組Aha06g2608中的某些DNA片段，這一情況在四倍體亞基因組之間頻繁發(fā)生[16]。2.3 DGAT基因的保守基序的多樣性

對豆科包含有DGAT基因的多基因組局部共線性進行比對，能夠確定基因與物種分化和多倍化關(guān)聯(lián)的同源關(guān)系；并且可以發(fā)現(xiàn)基因多倍化后保留、丟失（圖4）。以葡萄的14號染色體為參考，展示了葡萄14號染色體24.0-25.0Mb區(qū)域，由于豆科物種與葡萄分化之后，發(fā)生了豆科共有的多倍化事件，并且大豆發(fā)生了特異性全基因組加倍，那么期望對應在大豆中有四個、其它豆科（亞）基因組中都存在兩個部分直系同源區(qū)域。在苜蓿基因組中對應了一個直系同源片段為7號染色體46.0-47.0Mb區(qū)域，沒有找到對應的另外一個直系同源片段，可能是在進化中由于染色體的重排導致了丟失；對應在大豆基因組中存在三個直系同源片段，分別是大豆特異性加倍產(chǎn)生的兩對旁系同源區(qū)域，19號染色體36.0-39.0區(qū)域，5號染色體14.0-16.0Mb區(qū)域與19號染色體51.0-52.0Mb區(qū)域，3號染色體47.0-48.0Mb區(qū)域。在局部共線性區(qū)域上分布了不同基因組中的DGAT基因，在葡萄的這一片段上有基因Vv14g33023，對應在苜蓿中的直系同源基因為Mt7g114340。在大豆中，Gm19g2281,Gm03g2242是由大豆特異性加倍事件（SST）產(chǎn)生的旁系同源基因�；ㄉ卸箍莆锓N的DGAT基因存在良好的同源關(guān)系，在野花生A中對應了93.0-95.0Mb和3.0-4.0Mb的兩個旁系同源區(qū)段，其在四倍體花生和野花生B中也均存在有對應的直系同源片段，同時基因組間旁系同源片段也有了很好的保留。其中Ad06g2283和Ad06g0351是一對旁系同源基因，Ad06g2283和Aha06g0816,Aha06g2608和Ai06g1012,Ai06g1012和Ahb06g2544均為直系同源基因?qū)�。圖4 DGAT基因在豆科基因組及外類群葡萄中的局部共線性

【參考文獻】：
期刊論文
[1]De novo assembly of a Chinese soybean genome[J]. Yanting Shen,Jing Liu,Haiying Geng,Jixiang Zhang,Yucheng Liu,Haikuan Zhang,Shilai Xing,Jianchang Du,Shisong Ma,Zhixi Tian.  Science China（Life Sciences）. 2018(08)



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