研究闡明驅動CBL和CIPK基因家族互作產物間劑量平衡的進化策略

重復基因可通過全基因組加倍、串聯重復、逆轉錄轉座等機制形成，為生物新功能和新性狀的產生提供了原始遺傳材料，通常被認為是進化的加速器。

基因組加倍或多倍化，同時復制基因組中所有的基因，是重復基因的一個重要來源。多項研究表明，多倍化后重復基因的保留具有偏好性，且與基因的功能密切相關。特別是一些參與編碼大分子蛋白復合物中蛋白亞基或信號轉導類的基因多傾向于通過基因組加倍的機制產生重復基因，而極少通過串聯重復或轉座子介導的方式產生重復拷貝。前人提出了“基因平衡假說”來解釋該偏好性保留模式，假說指出這可能是為了維持基因間，特別是蛋白復合體各組分之間的劑量平衡以維持其功能的高效性和穩定性，單個成分量的增加反而造成整體功能的紊亂。然而，目前在植物體系中尚未有詳盡的證據對該假說進行檢驗。

中國科學院植物研究所焦遠年研究團隊選取了植物中參與植物逆境脅迫調控的兩個互作蛋白家族：CBL (Calcineurin B-Like， CBL)和CIPK (CBL-Interacting Protein Kinase)為主要研究對象，通過分析CBL和CIPK 兩個基因家族從苔蘚植物到被子植物的演化歷史，闡明CBL和CIPK基因重復的時間和機制，發現這兩個基因家族除了通過基因組加倍的方式產生重復拷貝外，也經歷了由轉座子介導的重復和串聯重復事件，這與“基因平衡假說”有所沖突。那CBL-CIPK蛋白復合體是如何維持各組成成分之間的平衡呢？進一步在擬南芥中的研究發現，CBL和CIPK蛋白的互作在進化過程中發生了分化，具有一定的特異性。而造成劑量不平衡的重復基因，其表達也在時、空、量上呈現了特異性分化，這種表達分化和蛋白產物間的特異性互作可以共同維持在特定發育時期和特定組織內互作蛋白各組成成分之間的劑量平衡。因此，該研究闡明了兩個編碼互作蛋白的基因家族應對不對稱性拷貝數擴增引起劑量不平衡的進化策略，為多基因家族進化和功能的研究提供了新見解。