LEA基因家族的进化及功能分化研究

基因家族是从一个共同祖先演化而来的一组基因，编码相似的蛋白质产物，它们在结构和功能上具有明显的相似性。在生物体内，大部分基因以基因家族的形式存在，这些庞大的基因家族是如何形成的？家族内成员间的功能是否有分化？分化的机制是什么？这些问题一直是进化基因组学所关注的核心科学问题。

版纳植物园动植物关系组的高洁博士与其合作者针对LEA（late embryogenesis abundant protein）胚胎晚期发育蛋白基因家族展开了系列的研究。揭示了LEA基因家族在不同植物中的基因数目变异，以及LEA家族在杨树基因组上的分布，重复基因的功能表达差异，及基因内重复蛋白域的进化。由于裸子植物还没有完成一个模式物种的全基因组测序和组装，使得在裸子植物中开展基因家族进化的研究具有一定的困难，高洁博士与其合作者利用火炬松的EST 数据库搜索鉴定了43个LEA基因家族的成员，并且在油松中成功克隆到23个基因。针对这分属于7个亚家族的23个LEA基因，进行了基因结构，蛋白域结构，以及不同组织的表达模式研究。通过构建原核表达载体，将松树的LEA基因转入大肠杆菌中表达，在不同温度及盐度的处理下研究表达量的差异。从而首次验证了松树LEA基因家族的所有亚家族都具有一定的抗逆性，同时亚家族间，以及亚家族内部不同基因间都发生了一定程度的抗性分化。该研究是首次在裸子植物中开展了LEA基因家族水平的进化及功能研究，筛选出了一批重要的抗性基因用于后续的在松树中开展群体水平的基因功能分化及适应性进化研究。

最新的研究成果以Functional characterization of the late embryogenesis abundant (LEA) protein gene family from Pinus tabiliformis (Pinaceae) in Escherichia coli 为题发表在Scientific Reports 上。相关系列研究已发表在 Tree Genetics & Genome上（Ting Lan, Jie Gao and Qing-Yin Zeng (2013) Genome-wide analysis of the LEA (late embryogenesis abundant) protein gene family in Populus trichocarpa. Tree Genetics & Genomes 9:253－264.）。