在动植物细胞中发现启动子和转录因子有不同的协同进化模式

来源：分子细胞卓越中心2022-09-06 10336000

通过进一步分析启动子和转录因子之间的相互作用模式，以及它们进化轨迹的强相关性和显著性，研究揭示了启动子和转录因子在动物界表现为对抗性的共同进化，而在植物界则表现为互利性的共同进化。

近日，中科院分子细胞科学卓越创新中心研究员陈洛南和西北工业大学教授王文在动物学研究在线上发表了题为《动植物王国中启动子和转录因子之间的协同进化洞察》的研究论文。通过分析跨越十亿年进化史的数百种动植物物种的启动子序列和转录因子的理化性质，发现启动子和转录因子在动植物细胞中具有不同的协同进化模式。

而动植物从原始单细胞生物(绿色鞭毛虫)分化而来，不断进化，促成了地球自然生态的多样性。在真核生物的基因转录和调控过程中，启动子和转录因子及其相互作用起着决定性的作用。然而，启动子和转录因子在物种水平上的进化轨迹和模式尚不清楚。

通过对跨越十亿年进化史的420个动物物种和223个植物物种的基因组序列分析和蛋白质组分析，表明：(1)序列的GC含量和蛋白质的等电点可分别作为基因启动子和转录因子的进化特征印记；(2)在动物界，启动子的GC含量和转录因子的等电点在漫长的进化过程中呈现出持续同步的增加；(3)在植物界，启动子的GC含量和转录因子的等电点同步呈下降趋势。启动子和转录因子的进化轨迹为哺乳动物和鸟类直接由爬行动物进化而来提供了新的证据。

通过进一步分析启动子和转录因子之间的相互作用模式，以及它们进化轨迹的强相关性和显著性，研究揭示了启动子和转录因子在动物界表现为对抗性的共同进化，而在植物界则表现为互利性的共同进化。由于对抗性协同进化在所有协同进化模式中具有群体自然选择的优势，这或许可以解释现有自然界中动物物种的多样性远高于植物物种的多样性(动物物种数量约为777万，而植物物种数量仅为29.8万，前者是后者的26倍)。该研究为探索启动子与转录因子的相互作用机制，进一步理解动植物的分化、分化和进化以及生态多样性提供了新的见解。

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