在C3和C4植物中GOLDEN2-LIKE基因功能的进化

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MaizeGBD, 2012-10, Liza Conrad

C4植物玉米和高粱具有两种类型的叶绿体，即维管束鞘（BS）和叶肉细胞（M），而C3植物具有单一的叶绿体类型。玉米的两个GOLDEN2-like（GLK）平行基因, ZmG2和ZmGlk1，具有只在BS或M细胞中表达的方式。本研究探讨GLK基因家族的演变和功能分化。对包括50个GLK基因进行的系统发育分析表明开花植物最近共同祖先具有单一GLK基因，因此，基因复制发生在物种分化过程中。然而，所有C4植物有两个GLK基因，而C3植物有一个或两个基因。高粱的两个GLK基因的表达在不同组织中表现出极大的不同，这与玉米一致，但是同时是C4植物的Cleome gynandra，youyu BS和M细胞形态相似,没有发现基因表达的组织差别。为了确定玉米和高粱中的基因表达差别是否是禾谷类作物的共同特点，创造了C3植物水稻的GLK基因的单基因和双基因突变体。表型分析显示，两个水稻GLK基因调控BS和M细胞的叶绿体发育，他们的功能是一致的。总之，由于C. gynandra缺乏叶绿体的组织分隔，GLK基因表达的组织分隔可能只有在具有两种类型叶绿体的C4植物中发生。作者推测GLK基因的重复使功能分化成为可能，从而导致了C4植物中形成功能特化的两种叶绿体的BS和M细胞。

论文链接：Evolution of GOLDEN2-LIKE gene function in C3 and C4 plants