PNAS經典品讀-著名的DIMBOA合成通路，小麥中有故事

6/5本期作者：Meng Wang

前幾天在小編群中，阿飛博士提問：為什麼很多抗病的R基因都是串聯成簇排布？本小編雖然不是做抗病的，但對此也略有耳聞。具體原因咱們這裡不表（歡迎大家在留言區寫下您的見解），但是有一點，這種串聯基因對於我們做圖位克隆或反向遺傳學進行基因功能研究，的確會造成干擾和不便（尤其是設計引物方面），所以一個高解析度（能正確區分串聯基因）的全基因組，真的是很需要的。所以小編在15年寫的綜述（From genome to gene：a new epoch for wheat research?）里也專門提到全基因組在這個方面的重要價值。

除了R基因，另一種容易成串排布的基因家族是細胞色素P450基因。在植物里，其中一個有名的案例就是苯並惡嗪酮類（benzoxazinones，簡稱Bxs）合成通路（也稱DIMBOA）的基因簇。這個基因簇在玉米中研究的最早也最清楚，是由一個色氨酸合成酶（Bx1）和四個71亞家族的P450基因（CYP71；Bx2-5）串聯組成，這五個成員分別參與了Bxs合成的不同步驟，合成產物賦予植物抗真菌和抗蟲的能力。

那麼，這個基因簇，在小麥這樣一個基因組活躍的物種內是什麼情況呢？更重要是，現代小麥作為六倍體作物，這個基因簇中各個成員的A、B、D上的部分同源基因之間是否有差異呢？2005年，PNAS上發表了題為「Three genomes differentially contribute to the biosynthesis of benzoxazinones in hexaploid wheat」的文章，嘗試解答這兩個問題。文章的通訊作者和第一作者是日本京都大學的Taiji Nomura博士。

作者之前就已經在小麥中鑒定到了DIMBOA通路的五個基因，TaBx1-5，分別參與苯並惡嗪酮合成的不同步驟。

接下來作者分別克隆五個成員位於ABD上的部分同源基因，並進行了染色體定位（利用的是缺體系來定位），有意思的是，小麥中TaBx1-5並不像玉米那樣組成一個基因簇，而是TaBx1和TaBx2位於小麥的4號染色體上（4AS，4BL和4DL），而TaBx3-5則位於5號染色體短臂上，且串聯分布。小麥的4號染色體和5號染色體之間的交換事件很多，不知道與這有沒有關係（小編注）。

作者進一步對TaBx1-5位於ABD上不同拷貝的蛋白產物的酶活進行了測定，發現TaBx1-4的A、B、D酶活差異不大，但是TaBx5A的Km值是TaBx5B和TaBx5D的十幾倍。同時，作者設計了特異引物，來查看TaBx1-5位於ABD上不同拷貝的表達情況，發現不同拷貝在不同發育時期的不同組織中的表達不一樣。例如TaBx1，在shoot中主要是TaBx1-B表達，而在root中，則主要是TaBx1-A表達。

那麼這種差異表達是何時產生的呢？作者又選用了四倍體和二倍體祖先種小麥，表達分析後發現，這種ABD之間的表達差異是在二倍體祖先種就存在，多倍體化過程繼承了下來。如前所述，TaBx1-5的產物是知道的，所以作者又在二倍體祖先種測定了TaBx1-5對應的產物，發現與其表達差異有一定的相關性。

其實這篇文章中的染色體定位和表達分析，我們現在都可以online直接做的，小編也對TaBx1進行了分析，發現文章結論還是可信度較高的。感興趣的讀者也可以對其他的幾個基因進行分析。所以說，小編在綜述里展望的，我們現在利用全基因組信息已經實現了；同時，隨著技術的進步，過去的結果都有可能被拉出來重新審視的，所以我們做實驗發文章一定要紮實啊~

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