探究苯丙氨酸解氨酶（PAL）进化历程，解锁植物适应与表型多样性密码

研究人员开展 PAL 进化研究，发现其家族随维管组织发展扩张，为相关研究提供参考。

　　苯丙烷类物质是植物中各类酚类化合物的前体，分布广泛。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是催化苯丙烷途径早期步骤、生成反式肉桂酸的主要酶，而反式肉桂酸是木质素和类黄酮生物合成途径的共同前体。因此，本研究聚焦于 PAL 的进化。研究共获取了 584 个 PAL 类似蛋白序列，发现藻类中仅存在 2 个 PAL 类似基因。根据不同进化阶段，PAL 可分为 3 个主要类群。第 I 类群主要聚集古老植物，第 II 和第 III 类群由被子植物形成，其中第 II 类群为单子叶植物，第 III 类群为真双子叶植物。序列比对结果显示，5 个主要的氨基酸差异可能与这种分类有关，且涉及氨基酸磷酸化的变化。对每个 PAL 蛋白的基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）注释信息的预测分析表明，这些蛋白聚集在细胞质中，且与苯丙氨酸解氨酶活性相关。研究结果表明，PAL 酶家族伴随着维管组织的发展而扩张，并经历了基因复制事件，促进了基因簇的扩张和表型多样性。对重新组装的公开可用基因数据库的分析证实，藻类中仅有 2 个 PAL 基因，而陆地植物拥有数量明显更多的 PAL 类似基因。陆地植物中 PAL 基因的这种扩张与藻类植物之后不同进化阶段发生的基因复制事件密切相关。此外，对微小核糖核酸（miRNAs）的研究表明，其在植物进化过程中的特异性有限，主要作用是调控基因功能。对整个植物界 PAL 蛋白的分析最终阐明，其功能的进化与顺式作用元件的广泛分布密切相关。这一进化轨迹反映了植物长期以来为增强对不同环境的适应性而经历的自然选择过程。这些发现为未来研究 PAL 基因的功能进化及其在植物适应和表型多样性中的作用提供了有价值的参考。