近百后生动物物种Gα蛋白系统发育分析揭示基因丢失、基因获得动态模式及十三个新类群

《Scientific Reports》：Fractal gene losses and concomitant genesis of novel clades sculpt the metazoan Gα gene repertoire

　　

摘要

Gα蛋白是细胞信号传导的组成部分，具有古老的进化起源。在动物中，Gα蛋白已被划分为五个经典类别：Gαs、Gαi、Gαq、Gα12和Gαv，除这些类别外，未被归类的基因较少。我们在此对近千种后生动物物种进行了全面的系统发育分析，重点关注两个物种丰富的门——节肢动物门和线虫动物门。我们的分析揭示了所有五个经典类别中基因丢失的分形模式，其中Gαs和Gαv最容易发生基因丢失。另一方面，五个类别中都常见基因获得，在Gαq和Gα12中最为明显。出乎意料的是，我们观察到十三个新的类群的出现，其中大多数是特定于单一门类的（节肢动物、线虫动物、缓步动物），有些甚至特定于更低级别的分类单元。这些新类群表现出五个经典类别特有的G box和开关区域基序。我们在转录组组装中观察到所有新类群的大量代表性物种，验证了它们的表达，并表明它们具有功能作用。我们的结果表明，Gα蛋白具有高度动态的进化格局，包括五个经典类别中广泛的基因丢失和频繁的基因获得，以及新类群的反复产生——这对于一个高度保守且古老的、在细胞信号传导中具有核心重要性的蛋白家族而言是出乎意料的。我们的研究结果推进了对Gα蛋白进化的理解，并为阐明新型Gα类群的功能作用奠定了基础。