啟動子和轉錄因子在動植物細胞中有不同的共演化模式

　　近日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心研究員陳洛南團隊與西北工業大學教授王文團隊等在Zoological Research上在線發表題為Coevolutionary insights between promoters and transcription factors in the plant and animal kingdoms的研究論文。通過對跨越十億年進化史、總共數百個動植物物種的啟動子序列和轉錄因子理化性質分析，發現啟動子和轉錄因子在動植物細胞中存在不同的共演化模式。

　　動物和植物從原始的單細胞生物（綠色鞭毛生物）分化并各自持續地演化，促成了地球上自然生態的多樣性。在真核生物的基因轉錄和調控過程中，啟動子和轉錄因子以及它們的相互作用扮演著決定性作用。然而，啟動子和轉錄因子在物種水平上的演化軌跡及演化模式目前尚不清楚。

　　通過對跨越十億年進化史，總計420個動物物種、223個植物物種的基因組序列分析和蛋白組理化性質分析表明：（1）序列的GC含量和蛋白質的等電點可分別作為基因的啟動子和轉錄因子的演化特征印記；（2）在動物界，啟動子的GC含量和轉錄因子的等電點，在漫長的演化歷程中，表現出持續的同步增長；（3）在植物界，啟動子的GC含量和轉錄因子的等電點，表現出同步的降低趨勢。啟動子和轉錄因子的演化軌跡為“哺乳動物和鳥類一樣，都是從爬行動物直接演化而來”提供了新的證據。

　　進一步通過分析啟動子和轉錄因子之間相互作用的模式，以及它們之間演化軌跡的強相關性和顯著性，研究揭示啟動子和轉錄因子在動物界呈現拮抗的共演化，而在植物界則呈現互利的共演化。因為拮抗的共演化在所有共演化模式中更具有群體自然選擇優勢，這或許能解釋，在現有的自然界中動物物種的多樣性遠高于植物物種（動物物種數大約有 777萬，而植物只有29.8萬，前者是后者的26倍）。該研究為探究啟動子與轉錄因子間的相互作用機理，進一步理解動植物的分化、趨異演化及生態多樣性提供了新的見解。

　　相關研究工作得到科學技術部重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金等項目的支持。