上海辰山植物园 English
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MADS-box是一类重要的转录因子，广泛存在于动物、植物及真菌中。该基因家族在植物的生长发育过程中发挥重要作用，尤其在植物花器官的发育过程中，由于其功能的保守性而备受瞩目。近年来关于MADS-box基因的研究多集中于开花植物中，而在非开花植物中研究甚少。蕨类植物与种子植物互为姐妹类群，两者在形态方面差异明显，全面系统的解析现存蕨类中MADS-box基因的动态演化，并比较分析陆生植物间MADS-box基因的进化模式，对于深入了解该基因家族在陆生植物形态革新及演化过程中的作用具有重要意义。
2024年6月21日，国际植物学期刊Frontiers in Plant Science在线发表了题为“Dynamic evolution of MADS-box genes in extant ferns via large-scale phylogenomic analysis”的研究论文。本研究基于大规模的蕨类植物转录组和基因组数据，首次对71种蕨类植物中MADS-box基因家族进行全面系统地鉴定和进化分析，共获得2512个蕨类植物MADS-box家族基因成员，其中90%以上基因均属于II类基因。研究表明现存蕨类的最近共同祖先中至少包含8-9个MADS-box基因。通过对结构域、保守基序、基因结构及表达模式的深入分析表明，蕨类及其他陆生植物中I类和II类基因在蛋白结构域和保守基序、基因结构以及表达谱方面均展现出一定程度的相似性，揭示了这两类基因在植物进化过程中相对保守。此外，与其他陆生植物相比，蕨类的II类基因特别是MIKCc类基因较藻类、苔藓类及石松类植物发生显著扩张；这与水龙骨目中CRM1和CMR6类基因发生蕨类特异性扩张有关；值得注意的是，虽然同属MIKCc类基因，与花器官发育相关的ABCDE模型的直系同源基因在蕨类中并未出现。进一步分析表明，全基因组复制和串联重复可能是导致蕨类中MIKCc类基因扩张的主要原因。蕨类中MIKCc类基因多样化的表达模式，暗示了其功能的分化和多样性，该类基因扩张可能与陆生植物进化过程中生命体的结构复杂程度增加有关。本研究为揭示现存蕨类中MADS-box基因的多样性、演化及功能提供重要参考。
上海辰山植物园蕨类分子生态与功能演化课题组副研究员张锐为论文的第一作者，上海辰山植物园和深圳兰科植物保护研究中心严岳鸿研究员和上海辰山植物园蕨类分子生态与功能演化课题组青年课题组长沈慧副研究员为论文的共同通讯作者。琼台师范学院孙君梅老师、上海师范大学戴绍军教授，及已毕业硕士研究生张娇、徐月霞也参与了本项研究。研究工作得到国家自然科学基金项目、生物多样性调查与评估项目及中科院战略生物资源的共同资助。
文章链接：https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2024.1410554/full
