科學家揭示植物 MKK 基因家族新的擴張機制

5 月 29 日，BMC Genomics 線上發表了中國科學院上海辰山植物科學研究中心植物抗逆與分子進化（草種種質資源創新）研究組題為 Comparative analysis of plant MKK gene family reveals novel expansion mechanism of the members and sheds new light on functional conservation 的研究論文。該研究報道了植物 MKK 基因家族在進化過程中存在兩個獨特的擴張機制，並在該家族的功能演化方面提出了新的觀點。該論文的第一作者是蔣敏。

該研究系統分析了 51 種從單細胞到多細胞的單子葉和雙子葉植物中 MKK 基因家族的進化歷史，並調查了這些物種中 MKK 各個亞族的組成與序列特點以及在不同植物中的表達模式。結果顯示，植物 MAPKK 基因家族可以分成 A - E 五個亞家族。大部分亞族在所有植物都比較保守，只含有 1 個或低複製基因。而在 A 亞族進化過程中出現過幾次基因重複事件，導致了多基因複製的出現。進一步分析發現這些基因重複事件是由於植物整個基因組重複引起的。研究人員還發現因串聯重複事件導致了 E 亞族在單子葉植物中出現了 MKK 基因的擴張，並伴有磷酸化位點 S /T-X5-S/ T 中絲氨酸或蘇氨酸鹼基的突變，這些突變可能與 MKK 基因功能的演化相關。另外，B 類 MKK（MKK3）基因還含有一個 NTF2 功能結構域。此結構域是生物體內唯一可單獨形成蛋白的蛋白質，介導 RanGDP 蛋白的核質轉運。NTF2 與 MKK3 的進化分析顯示出他們的整合主要發生在植物進化的早期，被子植物中並不存在這一現象。並且高等植物 MKK3 基因中的 NTF2 結構域的核質轉運功能逐漸消失，這可能與植物基因在進化過程中表現出越來越精細的功能有關。此外，表達分析表明植物 MKK 基因可能在 UV- B 訊號中起作用。

植物抗逆與分子進化研究組（組長：儲昭慶）一直致力於研究進化過程中保守的抗逆基因在草種多重抗逆中的作用。課題組前期在冷季型草坪草模式植物二穗短柄草 MAPK 蛋白級聯和其下游的轉錄因子及負調控基因家族的研究方面取得系統性研究成果，發表一區 SCI 論文 1 篇，二區 SCI 論文 6 篇，三區 SCI 論文 2 篇，申請發明專利兩項。這些工作為篩選抗逆草種和提高草坪草抗逆性尤其是冷季型草坪草的耐熱性提供了研究基礎和理論依據，為進一步研究抗逆基因在草種中耐受極端生境的作用機理，最終培育出抗逆性強、一年四季常綠、高耐受及高富集重金屬等的草種以期在環境修復中加以應用等打下堅實的基礎。

該研究得到了中科院種質資源創新專案（zszc-013）和上海市綠化和市容管理局專案 （G162406 和 G162407） 的支援。