植物二氢吡啶二羧酸合成酶的功能分歧与进化分析

摘要：二氢吡啶二羧酸合成酶（DHDPS）是赖氨酸生物合成途径的关键酶,探讨DHDPS在不同植物中所受到的选择压力及其功能分歧,以期为阐明赖氨酸积累的分子机制奠定基础,并为植物逆境适应性研究提供线索。利用模式植物基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定并获得水稻、拟南芥和大豆等11个物种的DHDPS基因的核酸和蛋白全序列;利用Clustal X、PAML和DIVERGE等工具剖析了21条DHDPS基因的序列、功能分歧、选择压力及进化关系,并计算了相关参数。系统进化树揭示了植物DHDPS基因能被划分为5个类群,其中,杨树的2个DHDPS蛋白单独形成了E类群,剩余的4个类群至少包括2个物种的DHDPS蛋白。基于位点模型的选择压力检测显示,M8模型虽然能签定出正选择位点,但这些位点均未达到显著水平,说明植物DHDPS基因主要受控于纯净选择。类群间功能分歧研究显示：类群之间存在Ⅰ型功能分歧,不存在Ⅱ型功能分歧;总共鉴定了273个功能分歧位点,其中,Ⅰ型功能分歧位点214个,Ⅱ型功能分歧位点59个;似然比检测表明,Ⅰ型功能分歧位点均达到显著水平,但Ⅱ型功能分歧位点均不显著。因此,在长期进化过程中,DHDPS基因类群间发生Ⅰ型功能分化,同时,单个类群内纯净选择起着主导作用。