番茄硫转移酶家族泛基因组进化特征与功能分化的多组学解析

《BMC Plant Biology》：Pan-genomic characterization of tomato sulfotransferases: evolution, structural variation and metabolic functional divergence

　　

摘要

背景

硫转移酶（SOTs）调控植物硫代谢和次生代谢，但基于单一参考基因组的分析无法全面揭示番茄SOT家族的群体进化特征。本研究从61份覆盖完整驯化梯度的番茄泛基因组数据中鉴定了SOT基因，并从系统发育、结构变异、选择压力、转录组和代谢组等多个维度系统解析了其扩展机制和功能分化。

结果

番茄SOT家族分为三个亚家族：TPST、NFST和SULT。其中SULT亚家族扩展最为显著，并积累了大量转座子（TE）插入。全基因组加倍、串联重复和离散重复共同驱动了家族扩展，而含有广泛结构变异的基因簇以串联重复基因为主。可丢弃基因的TE丰度显著高于核心基因。整个家族在纯化选择下进化，但可丢弃基因和高拷贝簇经历了放松的选择约束。野生近缘种富集的C2-1基因簇携带正选择位点，可能有助于野生番茄的胁迫适应。SULT亚家族表现出最大的转录分化，且不同的PAV和CNV基因簇在代谢调控中发挥差异化作用。最后，研究构建了一个专门的Web平台，用于托管所有多组学数据和解析结果，支持数据浏览、可视化和批量下载。

结论

总体而言，重复事件、TE插入、结构变异和差异化选择共同塑造了番茄SOT家族的进化格局，为硫代谢研究和番茄种质改良提供了理论支持。配套的Web平台进一步实现了数据的开放共享和研究的重复性验证。