Исследование генов MADS-box у маракуйи проливает свет на развитие органов растений и стрессовые реакции

Маракуйя (Passiflora edulis), известная своей питательной ценностью и ароматными плодами, широко культивируется в тропических и субтропических регионах. Это растение имеет экономическое значение, так как плодоносит круглый год и используется в декоративном садоводстве. Его особая цветочная структура делает его отличной моделью для изучения морфологии цветочных органов.

Семейство генов MADS-box играет ключевую роль в росте и развитии растений, включая формирование цветочных органов. Хотя эти гены хорошо изучены у многих растений, комплексный анализ их у маракуйи ранее не проводился.

Исследование "From gene expression to flower patterns: genome-wide characterization of the MADS-box gene family in passion fruit (Passiflora edulis)" было опубликовано в Tropical Plants 20 февраля 2024 года.

Основные результаты исследования:

  • Идентификация генов: С помощью скрытой марковской модели (HMM) и поиска BLAST было идентифицировано 52 члена семейства генов MADS-box у маракуйи. Их обозначили как PeMADS1–PeMADS52.
  • Свойства белков: Белки PeMADS различаются по длине, молекулярной массе и изоэлектрическим точкам (от кислых до основных). Анализ показал различную термостабильность и гидрофобность. Предполагаемая субклеточная локализация — в основном ядро, хлоропласты и митохондрии.
  • Структура и классификация: Выравнивание последовательностей и моделирование 3D-структуры выявили высококонсервативный MADS-домен у всех 52 белков. Филогенетический анализ разделил гены на два типа с пятью подгруппами (тип I: Mα, Mβ, Mγ; тип II: MIKCC, MIKC*). Гены внутри одной подгруппы имеют консервативную структуру.
  • Регуляция и эволюция: Анализ цис-регуляторных элементов показал, что гены реагируют на свет, гормоны и стресс. Картирование на хромосомах и анализ синтении выявили события дупликации, способствовавшие расширению и диверсификации этого семейства генов.
  • Роль в развитии цветка: Исследователи предложили ABC(D)E модель для объяснения регуляции уникальной структуры цветка маракуйи (чашелистик-лепесток-корона-тычинка-пестик). Анализ паттернов экспрессии в тканях цветка показал, что за реализацию этой модели отвечают специфичные гены PeMADS.
  • Происхождение короны: Было высказано предположение, что характерная для маракуйи корона, вероятно, контролируется генами B-, C(D)- и E-классов и могла эволюционно произойти от тычинок.
  • Другие функции: Многие гены PeMADS также вовлечены в регуляцию развития нецветочных органов и в ответы на стресс. Реакция на температуру и фитогормоны подчеркивает адаптивность этого семейства генов к факторам окружающей среды.

Это исследование закладывает основу для понимания семейства генов MADS-box у маракуйи, раскрывая их эволюционную историю, структурные особенности и функциональные роли, и открывает путь для будущих функциональных исследований.