中国林科院曾庆银团队揭示同倍性杂交物种高山松中亲本基因不对称保留的功能意义

学术   科学   2024-12-18 08:34   北京  
杂交物种的形成是亲本遗传信息的有机结合,亲本基因在子代中的选择性保留可能赋予杂交种新的生态位或新的生物学特征。高山松是油松与云南松自然杂交产生的同倍性杂种,在青藏高原形成大面积纯林,占据了油松和云南松两个亲本种都不能正常生长的高海拔地带。探讨高山松如何选择性保留亲本基因,对理解同倍性杂种对特殊生境的适应有重要的进化意义。

Journal of Systematics and Evolution JSE2024年第1期发表了中国林业科学研究院曾庆银研究员团队题为“Functional significance of asymmetrical retention of parental alleles in a hybrid pine species complex”的研究论文(https://doi.org/10.1111/jse.12953)。该研究以抗逆作用的大型基因家族谷胱苷肽转移酶(GSTs为例,从进化和功能层面揭示了高山松优先保留云南松GST基因的功能机制。

研究人员从高山松、云南松和油松中鉴定了19GST直系同源组。基于分子进化、基因表达、酶学特性、定点突变以及晶体结构等数据,发现高山松保留了绝大多数云南松GST基因,高山松与云南松GST基因具有相似的基因表达模式,且两者GST蛋白的酶活性也更为相似,大多高于油松GSTs的酶学活性。通过对高山松和油松GSTs中的氨基酸残基进行相互替换,研究人员进一步确定了控制高山松GSTs高活性的关键位点。高山松GST在基因表达和生化功能上显示出优于或类似亲本GST的特点,这种优势功能的选择与杂种独特的生态适应性可能有重要的相关性。

. 高山松、云南松和油松TauPhiGST蛋白的系统发育关系;OG1直系同源组中3GST蛋白序列的比对;野生型及突变体蛋白GSTU1的酶学活性变化;PdeGSTU1的蛋白质表面和G位点结构;野生型蛋白(PdeGSTU1PtaGSTU1)及其突变体对底物GSHCDNB的稳态动力学参数;PdeGSTU1蛋白的疏水口袋和H位点结构。

中国林业科学研究院已毕业的博士研究生渠畅为该论文的第一作者,曾庆银研究员和刘妍婧研究员为论文的共同通讯作者。该工作得到中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金的资助。



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Journal of Systematics and Evolution (JSE)是以分类、系统发育和进化为核心内容,以描述和理解生物多样性为服务目标的多学科综合性国际学术期刊,主要发表系统与进化生物学领域的研究成果。JSE是中国科学院期刊分区表生物学大类1区期刊,中国科技期刊国际影响力提升计划项目(2013–2018)和中国科技期刊卓越行动计划项目(2019–2023、2024–2028)支持期刊。最新JCR影响因子3.4,排名60/265,位于Q1区。获第三届、第四届中国科协优秀科技论文奖。2023年连续第十二年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”奖。

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