重复基因功能分化的分子机制研究获进展

全基因组复制/多倍化是植物适应性进化的重要驱动力。被子植物在进化过程中频繁发生全基因组复制事件，产生并保留下来的重复基因通过功能分化参与调控植物生长发育与逆境响应。十字花科芸薹属经历了特异性的全基因组三倍化事件，为解析重复基因功能分化提供了理想研究类群。

近日，中国科学院昆明植物研究所团队在蔓菁重复基因功能分化研究方面取得进展。研究解析了蔓菁TCP4重复基因的功能分化及其分子机制。该基因在蔓菁中存在3个拷贝（BrrTCP4、BrrTCP4a和BrrTCP4b），并在生长发育过程中呈现差异表达。

研究发现，BrrTCP4b保守的TCP结构域存在赖氨酸—谷氨酰胺的氨基酸替换，该突变由芸薹属特有的全基因组三倍化事件产生。这一关键突变改变了BrrTCP4、BrrTCP4a和BrrTCP4b间的互作蛋白与下游调控网络。其中，BrrTCP4和BrrTCP4a主要调控蔓菁的开花途径，而BrrTCP4b偏向调控海藻糖信号途径，是响应紫外UV-B辐射的核心候选调控因子。

研究表明，TCP4重复基因的功能分化有效平衡了蔓菁的生长发育与胁迫响应。该研究深化了对基因重复驱动功能分化并促进植物适应性进化的科学认知，为理解高原作物适应特殊环境提供了新的分子视角。

相关研究成果发表在《新植物学家》（New Phytologist）上。

论文链接

蔓菁BrrTCP4、BrrTCP4a和BrrTCP4b重复基因平衡蔓菁生长发育与胁迫响应的模式图