Plant Physiol | 中国农业大学孙连军课题组揭示调控花青素生物合成的MYB串联重复基因簇在豆科植物中的进化规律

以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP

大豆是重要的粮油饲兼用型作物，曾经历多次全基因组复制和串联重复事件，其基因组中75%的基因有2个或2个以上的拷贝。重复基因通常通过导致部分基因功能丧失假基因化、获得新功能的新功能化或保留祖先基因的部分功能的亚功能化来维持剂量平衡。花青素作为一种植物中普遍存在的次级代谢物，其合成保守地受到MYB转录因子调控。这一类型的MYB转录因子在大豆以及其他物种中是基因组串联重复的热点，但是目前这些重复基因之间功能差异的程度和机制仍知之甚少。

近日，中国农业大学农学院孙连军教授课题组在国际学术期刊Plant Physiology在线发表了题为“Tandemly duplicated MYB transcription factors are functionally diverged in regulating anthocyanin biosynthesis in soybean”的研究论文，揭示了调控花青素生物合成的MYB串联重复基因簇在豆科植物中进化规律和在大豆中表现出的功能差异性。

该研究发现，在菜豆谱系中特异性发生的MYB串联重复基因簇在大豆中表现出更强的纯化选择。对大豆串联重复基因GmMYBA5、GmMYBA2、GmMYBA1和Glyma.09g235000深入研究发现，Glyma09g235000已成为假基因，而其余三个GmMYBs蛋白均定位于细胞核且表现出较强的转录激活活性，有区别的是三者在大豆不同组织中特异性表达。在拟南芥和烟草叶片中异源表达GmMYBs均能促进花青素的生物合成和积累。利用过表达GmMYBs的大豆毛状根研究GmMYBA5、GmMYBA2、GmMYBA1对大豆花青素代谢途径的影响，结果显示大豆花青素代谢途径相关基因被上调表达，花青素含量显著上升。值得注意的是，与GmMYBA2和GmMYBA1相比，GmMYBA5表现出较低的基因激活能力。进一步的代谢组学分析表明，GmMYBA5、GmMYBA2和GmMYBA1能够普遍激活类黄酮化合物的合成，但是在具体的花青素成分上，过表达GmMYBA5促进更多的矮牵牛素和天竺葵素分支化合物的产生，而过表达GmMYBA2和GmMYBA1诱导了更多矢车菊素分支化合物，表现出在调节合成代谢物类型上的差异。同时发现，GmMYBA2和GmMYBA1在参与调节代谢物合成功能上是冗余的。

图1 大豆及其他豆科植物串联复制的MYB转录因子的分布及在大豆花青素生物合成方面的功能差异

总之，该研究揭示了保守性花青素调控因子MYB基因簇基因在豆科植物中的进化规律和在大豆中功能分化的特征，并为基因重复和功能分化在豆科进化过程的重要作用提出了新的见解，为豆科进化过程中重复基因的潜在进化方向提供了新的思路。

中国农业大学博士研究生马瑞瑞为第一作者，孙连军教授和佛罗里达大学赵美霞教授为共同通讯作者，该项研究得到国家自然科学基金、拼多多-中国农业大学研究基金和中央高校基本科研业务费等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae019

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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