蹭热点 | AG - 榕树性别分化关键基因

写在前面

昨夜,福建农林大学明瑞光课题组,联合中国科学院西双版纳热带植物园陈进课题组在国际顶级期刊Cell杂志上发表了题为Genomes of the banyan tree and pollinator wasp provide insights into fig-wasp coevolution的研究长文。
昨晚睡早了,没看到各个平台的推文...不然或许我都激动得睡不着觉。原因有几:

  1. 榕树,榕属植物,确实有大量有趣的生物学问题值得探讨。一个文稿,探讨了多个生物学问题,实在全面。
  2. 知道我的人多少了解,我的博士课题方向是荔枝性别分化,多少看到相关报道会有点激动。毕竟,搞了三四年,确实是.... 好想抄作业啊~~~
  3. 植物类,分析类,基因组类的Cell 主刊文稿,肯定是要仔细品读
  4. 福建农基因组中心 和 版纳园,均是国内植物类大数据分析平台的佼佼者,常常还是想要去学习,身不能至,而心往之。

既然如此,文稿先下载了,忙完这一两天的事情,再仔细学习一下这个文稿。首当其冲的,看看性别分化相关内容,兴许....博士毕业论文还可以多写一段综述 T_T。

榕属植物性别分化关键基因

榕属下植物,既有雌雄同株,亦有雌雄异株。其中小叶榕 (F. microcarpa) 属于,雌雄同株,而对叶榕 (F. hispida) ,雌雄异株。基于该文稿报道(暂时我只看了下微信推文,以及文稿摘要和图稿),ABCE model 基因中 C-class 成员 AG 是对叶榕的性别决定的候选基因。在雌雄同株的小叶榕中,只有一个AG成员。而在雌雄异株的对叶榕中,则有三个成员。可以认为,AG在对叶榕中发生了复制。尽管AG本身是flower identity基因,但其既然发生复制,就完全有可能出现亚功能化或者产生新功能。
AG 属于 MADS-BOX 家族成员。该家族往往分为两个亚类,MIKC-type 和 non-MIKC-type (如果我没记错的话...)。后者功能常常不明晰,而前者的绝大多数成员已经被证实与flower identity相关。AG 为 MIKC-type MADS 的成员之一。这意味着,尽管 AG 是关键基因,但他属于一个基因家族,有很多兄弟姐妹。
在很多时候,即使我们明确拟南芥的AG成员,但当我们要去找其他植物里面的AG成员时,仅仅通过BLAST,不能做到准确全面。
想到这里,我想起了 TBtools 的 Quick Find Best Homology。这个功能比较有趣。以下演示操作与结果。

Quick Find Best Homology

当一个马后炮:

  1. 拟南芥里面的 AG 我们是知道的,有 ID
  2. 小叶榕的基因组序列和基因结构注释信息,我们也是有的,Cell文稿的作者们已经公开共享了
  3. 对叶榕的同上

于是,我们可以先看看小叶榕(F. microcarpa)中 AG 成员的情况。



注意到其中输入为:

  1. 拟南芥的代表性蛋白序列全集(也就是每个基因只保留了一个代表性蛋白)
  2. 拟南芥 AG 基因 ID
  3. 小叶榕的代表性蛋白序列全集(明老师课题组出品,往往精品,一般都是代表性蛋白,我就没进一步加工了)

点击 Start,等待 2 分钟之后

可以看到,小叶榕只有一个 AG 成员。事实上,我做的物种也只有一个 AG 成员。这个在意料之内。这种只有一个成员的,我们直接找 Blast 的 Best Hit 就可以了。

我们再看看对叶榕 (F. hispida) 的情况



又过了 2 分钟(以前...还是很快的,估计我的本子运行程序过多了吧... 在跑mapping...)


堪称完美! 使用 TBtools,我们可以直接观测到 对叶榕中,AG 确实发生了至少两次复制。对于这种情况,Blast Best Hit 是告诉不了我们信息的,必须是建树。最好呢,还是用 TBtools,对吧?

回到主题

基于此,作者进一步分析了对叶榕(Fh)三个 AG 和 小叶榕(fm)一个 AG 的表达模式。


其中FhAG1和FmAG1表达模式相似,且维持存在明显的共线性,认为保持原有C-class功能。FhAG2和FhAG3基因是AG的旁系同源基因,表达模式相似的且只存在雄性个体中。最后,返回前述分析,认为处于位于重组抑制区且是雄性特异性序列的 FhAG2 即为对叶榕性别决定关键基因。文稿也对榕属多个植物做了 PCR 验证。这里或许还有一个有趣的是,AG 本身是 C-class,其表达是确保雌蕊能够正常发育。而 FhAG2 是对叶榕雄株特有,那么起的是抑制作用?(具体回头详细品读文稿再聊)

写在最后

漂亮的工作!漂亮的重现!
蹭个热点,TBtools 的 Find Best Homology,确实是很有趣,值得一玩。

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