WHIRLY基因家族在330种植物中的进化起源：从藻类到陆地植物

《Planta》：Evolutionary origin of the WHIRLY gene families across 330 plant species: from algae to land plants

　　

摘要

主要结论

对330种植物中921个WHIRLY基因的系统发育基因组学分析揭示了亚家族的逐步起源、纯化选择以及一种新的AtWHY1/2/3异源寡聚胁迫复合物。

摘要

Whirly（WHY）转录因子是一个植物特异性的、高度保守的家族，在细胞器基因组维持、逆行信号传导和非生物胁迫响应中发挥核心作用，但其在整个绿色植物谱系中的深层进化轨迹在很大程度上仍未得到解决。本研究从藻类到陆生植物的330个不同物种中鉴定出921个WHY基因，并将其分为三个亚家族（WHY I、WHY II和WHY III）。不同亚家族的结构特征在外显子数量和蛋白质基序上表现出显著差异，这可能是由功能分化引起的。共线性主要在同一亚家族的成员之间观察到，网络聚类分析进一步将所有WHY基因分为三个簇，每个簇内的基因表现出显著的共线性。所有三个亚家族都处于强烈的长期纯化选择之下，平均Ka/Ks比值远低于1，表明其核心保守的单链DNA结合结构域受到严格的进化约束。通过酵母双杂交实验、蛋白质分子对接和位点特异性相互作用验证，我们进一步揭示了一个此前未报道的由AtWHY1、AtWHY2和AtWHY3形成的稳定异源寡聚复合物，该复合物通过保守界面残基上确定的氢键网络和盐桥组装而成，充当组合调控开关以协调不同的亚细胞胁迫响应。这项工作为WHY家族建立了一个统一的进化框架，并为它们的异源寡聚化如何驱动植物陆生化过程中的特异性胁迫适应提供了新的机制见解。