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某物种被测序后，大部分课题组都会发表一些基因家族分析的文章，此举常常被误解为“灌水”，其实不然，理清基因组内基因家族成员分类组成，是挖掘和物种特性相关的生物学问题的第一步工作，可以为后续基因功能研究及遗传操作打下坚实基础。 那么，研究基因家族有什么生物学意义？ 1. 基因家族的基因在物种之间都是比较保守的，通过基因家族分析可以得到某物种特有的家族基因，而这些基因则有可能与该物种的特异性有关。 2. 通过对多物种构建系统发育树，从而得到物种起源进化或亲缘关系方面的信息，并为后续遗传操作提供参考。 3. 基于单拷贝基因家族，可估算出物种间的分歧时间。 4. 可以挖掘某物种中哪些基因发生了明显的扩增/收缩，这些变化可能与该物种某些强/弱化的生物学分子功能有关。 5. 通过分析家族基因在进化过程受到的正向选择，确定与该物种环境适应性相关的基因。 基因家族分析既是一篇SCI文章，更是一个研究思路，想学习基因家族分析的小伙伴可以报名我们的“基因家族分析实操培训班”，3天让您掌握基因家族分析技能，2019年3月22日-24日（周五至周日），在北京举行第5期，具体培训信息见文末或直接留言咨询！ 以上分析基本都是基于生物信息学分析，其实，想要更深入研究某基因家族基因功能还是需要结合一些实验手段的，那么深入研究家族内成员功能可以结合哪些实验手段呢？ 之前给大家介绍过一篇小麦TCP基因家族分析文献，文内涉及多种实验手段如:原位杂交、酵母双杂交、筛选突变体等，了解详情请点击此链接：小麦TCP基因家族分析。今天我再给大家介绍一篇于2019年1月正式发表在 Plant Molecular Biology（2区，IF=3.543）上的具有较多实验的基因家族分析文章，希望对您的研究有所帮助！ 文章简介： 半胱氨酸是植物许多重要生物分子或防御物质的前体，O-乙酰丝氨酸(巯基)裂解酶(OASTL)蛋白催化半胱氨酸生物合成的最后一步；之前研究主要集中在OASTL蛋白，而较少研究一个特定物种中所有OASTLS成员的功能。本文以番茄为材料，从番茄基因组中鉴定了属于OASTLS基因家族的8个基因(SlOAS2 - SlOAS9)，分析内容包括序列分析，亚细胞定位，酶活性测定，表达模式，以及与SATs的相互作用等。下面我们一起来具体看看。 结果部分: 1. 番茄OASTLS家族基因鉴定、克隆与序列分析 作者首先以 OAS-A1 (At4g14880)的蛋白序列为种子序列，在番茄基因组数据库中鉴定到9个OASTL家族基因（SlOAS1-9）；但在番茄中只扩增出SlOAS2 - SlOAS9这8个基因，SlOAS1无法扩增出；具体基因结构及差异见下图1： 值得一提的是SlOAS9是这些蛋白质中最独特的一个，其序列长度比其他SlOAS基因长得多；增加的氨基酸位于β5B-α4环、β5B和β8A-β9A环区域；并且在TSGENT区域存在2个氨基酸突变（见下图2），可能会影响蛋白活性。 系统发育分析进一步表明，SlOAS9不属于任何一种OASTL亚族（下图3）；SlOAS2和SlOAS4是CysD亚家族，SlOAS5属于对于CysB亚家族，SlOAS6与OAS-A1最相似，而SlOAS7和SlOAS8同属CysC亚家族。 2. 番茄OASTL蛋白的亚细胞定位 作者利用绿色荧光蛋白（GFP）进行了番茄OASTL的亚细胞定位，结果如下图所示：SlOAS2,4和6定位于细胞膜，胞质溶胶和核内； SlOAS5是叶绿体表达的蛋白质；SlOAS7位于自噬体中；SlOAS8与线粒体结合； SlOAS9表达于过氧化物酶体，可能参与叶片衰老过程中叶绿体的降解。 3. SlOAS和SlSATs 蛋白互作 OASTL基因都具有与SAT蛋白结合的能力，因此，作者接下来分析了SlOAS和SlSAT蛋白之间的相互作用，结果显示：只有SlOAS5和SlOAS6可与SlSAT蛋白相互作用（图5a，b，S3）；另一方面，番茄4中SAT蛋白中，只有SlSAT3不能与SlOAS5和SlOAS6相互作用；此外，SlOAS7具有反式激活能力，将BD-SIOAS7转入酵母，在选择性存活培养基（-Leu / -His）中即使仅加入1mM 3-AT也可以表现出α-半乳糖苷酶活性（图5c）。 4. SlOAS重组蛋白的纯化和酶活性测定 为了更直接地研究SlOAS蛋白质的功能，作者将这些基因的CDSs转入大肠杆菌中进行体外原核表达，结果显示：SlOAS5和SlOAS6都具有OASTL活性（图6a），是真实的SIOAS基因；SlOAS4表现出最强的催化L-Cys脱硫能力，然后分别是SlOAS6，SlOAS2和SlOAS5；此外，SlOAS蛋白不能催化D-Cys产生H2S（图6b）；并且番茄OASTL蛋白已经丢失他们的SSCS功能（图6C），这和没有蛋白被划分到拟南芥SCS相同的进化枝结果一致（图3）。 5. 番茄中SlOAS基因时空表达模式变化分析 为了进一步了解SIOAS基因在番茄发育过程中的作用，作者选择了15个组织（分为三组，营养组织，繁殖器官组织和不同发育阶段果实），结果显示：具有较高的催化半胱氨酸生成的能力的如SIOAS5，6在营养组织中表达较高，这与其亚细胞定位于叶绿体是一致的；SlOAS2, 3, 4, 和 6 在未成熟的果实中表达最高，随着成熟表达下调，而SlOAS7，8则相反，随着果实成熟表达上调；另外SIOAS8在雄蕊中的表达量较高，且随时间呈上调趋势。 总结： 作者通过此文不但理清了番茄中OASTLS基因家族成员关系，更是结合实验结果和他人研究基础分析了番茄中SIOAS基因的功能，提出了科学假设，为深入解析OASTLS家族基因功能提供了基础，开拓了思路，所用到的实验手段也都较为常见，思路较为严谨，值得借鉴！ 更多细节信息请下载原文查看，希望能对您的科研有所帮助！ |
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