根瘤感受样基因的进化:结构歧异与功能分化

豆科植物百脉根(Lotus japonicus)的根瘤感受基因Nin与根瘤的早期发育有关。Nin的同源基因(Nin-like基因)功能上涉及氮代谢过程。从完成测序的豆科和非豆科植物基因组中获取Nin-like基因并进行系统发育分析。在此基础上,追踪基因和蛋白质结构的歧异式样,尝试建立结构歧异和功能分化的联系。通过比较,新的Nin-like基因被鉴别。系统发育分析不仅重现了以前分辨的直系同源群(分支I、II和III),且识别了它们之间的姐妹群关系。Nin-like基因的结构呈现多样性,支持系统发育分析的结果。水稻OsNLP5基因缺乏内含子,可能起源于基因返座事件。NIN-like蛋白结构域组织和功能位点在不同分支中存在差异,提示它们的功能发生了分化。根瘤固氮植物NIN-like蛋白的GAF结构域中存在一个显著变异区,三级建模分析显示这个变异区对应于百脉根非固氮NIN-like蛋白的一段保守构象,这一变异可能使豆科植物具有根瘤固氮能力。研究结果为阐明Nin-like基因的功能提供了新的研究思路。

百脉根NIN旁系同源蛋白的结构歧异和功能分化

目的:研究百脉根(Lotus japonicus)NIN转录因子和它的旁系同源蛋白的结构歧异和功能分化。方法:从百脉根基因组中获取完全的NIN旁系同源蛋白质序列,通过生物信息学手段进行系统发育、理化性质、功能位点和蛋白质三级结构同源建模分析。结果:总共获得5个NIN旁系同源蛋白序列,其中2个属于新鉴别的成员,它们分属于两个不同的进化分支;脯氨酸含量在LjNLP3中比次高的LjNLP1增加33%,提示其具有耐旱的功能特征;功能位点分析显示NIN旁系同源蛋白之间存在差异,提示它们可能通过翻译后修饰发生了功能分化;LjNIN蛋白在进化过程中用一段α螺旋替代了LjNLP1的一段β折叠,这一差异可能导致百脉根Nin招募为根瘤感受基因。结论:初步揭示了百脉根NIN旁系同源蛋白的结构歧异与功能分化的关系,为进一步的实验研究奠定了基础。