
近日,山西农业大学棉花所段超博士在真菌学领域取得重要研究进展,相关研究成果以“Evolutionary Dynamics and Functional Bifurcation of the C2H2 Gene Family in Basidiomycota”为题,发表在真菌学《Journal of Fungi》(IF=4.0)上。该研究首次系统解析了担子菌门C2H2锌指蛋白基因家族的进化模式、功能分化和生态适应性,为真菌基因组进化及生态位分化提供了新见解。
C2H2锌指蛋白是真核生物中最大的转录因子家族之一,在细胞分化、胁迫响应和次生代谢中发挥关键作用。然而,担子菌门作为物种多样性更高、生态功能更复杂的类群,其C2H2基因家族的系统研究仍较为缺乏。
研究通过对30种代表性担子菌物种的比较基因组学分析,鉴定出1032个C2H2基因,并将其划分为6个进化分支(Group I-VI)。研究发现,Group II(37.1%)构成保守的核心调控网络,而Group III和Group V分别与木材降解菌(如裂褶菌)和食用菌(如平菇)的生态功能特异性扩张相关。此外,研究揭示了显著的亚门特异性特征:1.基因结构差异:腐生型真菌(如伞菌亚门)保留长基因(12.4 kb)和丰富内含子(平均6.2/基因),而病原菌(如黑粉菌亚门)基因组呈现精简趋势(内含子≤2)。2.理化性质分化:伞菌亚门蛋白偏向酸性(pI 4.3–5.8),而病原菌蛋白呈碱性(pI 8.3–8.6),可能与其生态适应策略相关。3.表达调控特征:在食用菌Sarcomyxa edulis中,17个C2H2基因在发育阶段(如低温适应、原基形成和子实体成熟)呈现动态表达模式,表明其通过时间分区调控程序协调形态建成。
该研究通过同源网络分析发现,核心基因簇(Cluster_1–2)在强纯化选择(Ka/Ks = 0.18–0.22)下高度保守,而外围基因簇(Cluster_Mini)接近中性进化(Ka/Ks = 0.73),揭示了C2H2基因家族在维持保守调控网络与驱动生态适应中的双重作用。这些发现不仅深化了对真菌转录调控网络进化机制的理解,还为作物病害防控和木质纤维素生物转化工程提供了潜在靶点。
该研究得到山西农业大学引进人才科研启动项目(2024BQ44)和棉花研究青年培育项目基金(SJJQN2023-11)的资助。山西农业大学棉花研究所段超博士为论文的第一作者及通讯作者,山西功能食品研究院杨杰副研究员为第二作者。
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https://doi.org/10.3390/jof11070487