甘油二酯酰基转移酶（Diacylglycerol acyltransferas,DGAT），在动物、植物、真菌和细菌中都存在，是三磷酸甘油（Kennedy）途径的限速步骤，能够催化三酰甘油（Triacylglycerol, TAGs）生物合成，是合成TAG 的关键酶，也是唯一的限速酶[1]。在植物中，DGAT 直接参与TAG 合成，是调控路径中的最后一步限速反应。在拟南芥中，通过DGAT 基因的异位表达，发现能够增加植物种子中的含油量[2]。在拟南芥种子发育的研究中，种子的皱缩和含油量下降也表明DGAT修饰能够影响植物种子发育和种子含油量[3]。油脂作为能源物质可以在植物的生长和发育的过程中提供能量，拟南芥萌发的种子和幼苗中DGAT1 表达量很高[4]，大豆发育种子内TAG 合成速率是绿色子叶内TAG 合成速率的两倍[5]，表明DGAT对种子胚后发育也有重要作用。目前，根据细胞定位和结构差异，DGAT 分为DGAT1、DGAT2、胞质内DGAT（DGAT3）和蜡酯合成/二酰甘油酰基转移酶（WS/DGAT）四种类型。DGAT1 在小鼠体内首次发现，与哺乳动物的酰基辅酶A 胆固醇酰基转移酶（ACAT）同源[6]；DGAT2 在真菌Mortiella Ramanianna中发现[7]，然后在其他真核生物中也被鉴定到[8,9]；DGAT3 是从花生子叶发育过程中[10]以及后来在其他植物中鉴定出来的；WS/DGAT是催化蜡酯以及甘油三酯（TG）的合成终步骤的限速酶，在植物以及细菌中都有非常重要的作用[11]。

豆科植物是陆地上第三大植物科，包含多种重要的油料作物，共有650 个属，18 860 余种，约占开花植物种类的7%[12]。豆科也一直作为人们的粮食作物，它们的利用与人类进化密切相关[13]。此外，豆科是自然生态系统的重要组成部分，一些豆科植物能够通过与共生微生物的协同作用来修复大气氮[14]。豆科植物中脂类物质的含量也十分丰富，油脂主要以油脂体或球形体的形态存储在豆科种子中。其中大豆和花生中油脂的含量可达到21.3%和48.0%，分别在世界植物油的产量中排第1 位和第4 位[15,16]。植物油脂的改良是油料作物人工培育的重要目标之一，植物脂肪酸和TGA 的合成是植物油脂改良研究的主要途径。随着豆科植物基因组测序的不断完成，为从全基因组分析其重要基因、基因家族结构和功能演化提供了丰富的数据材料。

基因加倍（gene duplication）或称为基因重复在物种进化的过程中起着重要的作用，为基因功能创新和基因家族的多样化进化提供了原材料[17]。基因重复具有多种发生形式，主要有全基因组加倍（whole genome duplication）、片段性加倍（segment duplicaiton）、串联重复（tandem duplication）和逆转录（reverse transcription）。由于逆转录基因缺乏调控区，所以人们普遍认为大多数逆转录基因是非功能性的，并且逆转录在基因家族的扩增中可能起着较小的作用[18]。有大量研究表明，在物种进化过程中全基因组加倍、片段性加倍和串联重复加倍对于基因家族扩张具有重要作用，如对抗病基因[19]、固氮相关基因[20]和在动植物中均有重要功能的一些基因[21]等。由基因重复所产生的旁系同源（paralogy）基因，可能在进化中出现分化，产生不同的功能，也可能丧失功能而在进化中丢失；由物种分化所产生的直系同源（orthology）基因可能存在于不同的物种中，也可能随着物种分化形成而发生差异性的保留和丢失[22,23]。

大豆[24]、玉米[25]等一些重要油料作物在DGAT 家族基因上已经有了一些研究，尤其是在分子生物学实验方面进行了调控机制相关的分析，但对于大豆、花生等重要的豆科物种中还未进行一个全面的分析。本研究通过鉴定已完成测序的12 种豆科植物及外类群葡萄的DGAT 家族基因，进行生物信息学分析，研究其系统发育进化、蛋白质结构域以及共线性关系。

1 材料与方法

1.1 数据的获取

豆科植物和外类群葡萄的全基因组数据从公共数据库中下载得到：其中葡萄(Vitis vinifera)[26]、苜蓿(Medicago truncatula)[27]、菜豆(Phaseolus vulgaris)[28]、大豆(Glycine max)[29]最新版本数据是从JGI 数据库（ jgi. doe. gov/）中下载；红小豆(Vigna angularis)[30]和绿豆(Vigna radiata)[31]则是从作物基因组学实验室（Crop Genomics Lab）上下载；百脉根(Lotus japonicus)[32]、木豆(Cajanus cajan)[33]、鹰嘴豆(Cicer arietinum)[34]数据从PGDD 数据库（ hypogaea)[35]和两种野花生(Arachis duranensis 和Arachis ipaensis)[36]则是从Peanut Base(

为在豆科基因组中鉴定DGAT基因，从PFAM数据 库（ xfam. org/）中 下 载 了DGAT（PF03982）家族基因的隐马尔科夫模型（HMM）。从TAIR（ arabidopsis. org/）中获取模式物种拟南芥的全基因组序列，利用HMMER 比对全基因组鉴定其DGAT 基因，设定期望值（E-value）小于1e-10 为界限。利用SMART（ /）[37]程序对获得的拟南芥潜在的DGAT基因的典型特征结构域进行验证，最终确定拟南芥的DGAT家族基因。在12种豆科基因组中采用同样的方法鉴定DGAT 基因后，利用E-value 值为1e-10与拟南芥的DGAT 家族基因进行BLSATP[38]序列比对，去除重复后最终得到的基因即为豆科各物种的DGAT家族基因。

文章来源：《大豆科学》 网址: http://www.ddkxzz.cn/qikandaodu/2021/0726/716.html

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