原文出自 IJMS 期刊：

Yi, X.; Chen, W.; Guan, J.; Zhu, J.; Zhang, Q.; Yang, H.; Yang, H.; Zhong, S.; Chen, C.; Tan, F.; et al. Genome-Wide Analysis of the Polygalacturonase Gene Family Sheds Light on the Characteristics, Evolutionary History, and Putative Function of Akebia trifoliata. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 16973. https://doi.org/10.3390/ijms242316973

研究团队简介

四川农业大学植物遗传育种省级重点实验室自1995年筹建，主要进行小麦、水稻、玉米和果树等植物的遗传育种基础理论及高产优质抗病的新品种培育研究。该实验室2002年通过国家“211工程”一期建设评估，各项指标成绩达“优”。

研究背景

果实成熟是一个复杂的生理生化过程，通常伴随着颜色、质地和风味的变化，一些肉质果实甚至会开裂。裂果一直是人类生产活动中棘手的问题，不仅可售性低、难贮藏，且带来了大量的经济损失。然而，果实的开裂机制尚不清楚。三叶木通又名“八月炸”，果实在成熟季节沿其腹缝线自然、规律地开裂，是研究某一类基因或基因家族调控果实开裂的一种理想材料。多聚半乳糖醛酸酶 (Polygalacturonase, PG) 属于最大的水解酶家族之一，广泛参与植物的生长发育过程，在种子萌发、器官脱落、荚果和花药开裂及果实软化等方面具有重要作用。

基于此，来自四川农业大学植物遗传育种重点实验室的易小枭作为第一作者，罗培高教授作为通讯作者在International Journal of Molecular Science (IJMS) 期刊发表了关于三叶木通 PG 基因家族全基因组鉴定与表达分析的研究成果。该研究表明三叶木通成熟期间，PG 可能在果实开裂过程中发挥了重要作用，研究结果将有助于进一步了解三叶木通的开裂特性。

研究过程

• 三叶木通 PG 基因的鉴定与进化分析

研究累计鉴定到47个 AktPGs， 发现它们由较多的复制类型产生，且几乎所有的同源基因对 Ka/Ka 值都小于0.5。研究人员结合种间共线性与统进化分析以及前人的研究，认为 AktPG 可能是古老的基因家族，它们在进化的过程中经历了各种重复类型和强烈的纯化选择。

• 组氨酸残基 (H) 替代物可能影响 AktPGs 的结构特征

PGs 氨基酸序列之间存在差异但通常包含四个保守结构域。研究人员通过序列比对发现，结构域 I，II 和 IV 存在于每个 AktPG 中，而 E 组的10个 AktPG 中均无结构域III，且这10个 AktPG 和其余蛋白序列在参与催化反应的第5位组氨酸残基 (H) 上存在显著差异，因此组氨酸残基 (H) 可能是域 III 的标志。通过对蛋白的 motif 及基因结构和表达情况进行分析，研究人员推测可能是 E 组中 AktPG9 的 motif 8相应位置氨基酸残基被组氨酸残基 (H) 替代，进一步产生具有结构域III中的37个 AktPGs，而AktPG12 是替代后产生的第一个 AktPG。

图1. AktPGs 多序列比对。

• 可能与三叶木通果实开裂相关的候选 AktPGs

研究人员结合两组不同的转录组数对 AktPGs 进行表达分析，筛选出5个可能与三叶木通过同时开裂有关的高表达基因 (A组AktPG5、AktPG11、AktPG19、AktPG44 和 B 组 AktPG25)，尤其AktPG25 与控制拟南芥角果开裂和榴莲果实开裂的 PG 基因同属于 B 组，同时 AktPG25 在转录组数据中的表达变化也具有很好的一致性。因此，推断 AktPG25 为三叶木通果实开裂的候选基因。

图2. AktPGs 在 (a) 组织和发育相关转录组和 (b) 疾病和发育相关转录组中的表达谱。

研究结果

47个 AktPGs 不均匀地分布在14条高质量组装的染色体中，进一步的系统发育分析将它们分为六个组 (A-F)，10个属于 E 组的 AktPGs 是古老的 PG 基因。同时，推断出5个AktPGs (AktPG5、AktPG11、AktPG19、ktPG25 和 AktPG44) 基因，尤其是 AktPG25 可能与三叶木通果实的开裂过程有关。

IJMS 期刊介绍

主编：Maurizio Battino, Marche Polytechnic University, Italy

期刊发表生物化学与分子生物学、生物材料、生物物理、生物医学、化学和纳米科学等分子相关领域研究，已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed 等数据库收录。

2022 Impact Factor：5.6

2022 CiteScore：7.8  

Time to First Decision：16.3 Days

Acceptance to Publication：2.6 Days