胡龄予,伊霖晟,刘冬雪,王阳,杨欢欢,张鑫茹,杨爽,束永俊
(哈尔滨师范大学 生命科学与技术学院, 哈尔滨 150025)
摘要:
多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonases,PGs)是一种果胶水解酶,参与果实成熟、器官脱落、花粉成熟等多个植物发育过程。采用相似性比对和结构域搜索方法,从蒺藜苜蓿基因组中共鉴定出74个MtPG基因。根据系统进化关系将其分为6个亚家族,分别包含9、7、4、1,8和25个MtPG基因家族成员。染色体定位分析发现,MtPG基因在蒺藜苜蓿的8条染色体上呈现不均匀分布,每条染色体上分布有2-16个MtPG基因；同时,基因组复制分析结果显示,蒺藜苜蓿的PG基因家族成员之间存在大量的基因复制。最后,通过蒺藜苜蓿的高通量测序数据分析发现,MtPG基因家族广泛地在根部、结瘤、叶片、芽,心皮和花等组织中表达。根据它们在不同组织中表达水平,将31个MtPG基因聚类为4组,分别探讨了四组基因在蒺藜苜蓿组织器官分化中表达模式,重点解析了它们在花器官发育以及根部组织分化中可能的调控机制,这将为进一步研究蒺藜苜蓿MtPG基因家族成员的基因功能提供了理论基础。
关键词: 蒺藜苜蓿 PG 系统进化分析 表达模式
DOI：10.12113/201907005
分类号:Q343.1
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金项目(No. 31302019)；中国博士后科学基金项目(No. 2016T90307和No. 2015M571430).
Genome-wide analysis of polygalacturonasegene family in Medicago truncatula
HU Lingyu, YI Linsheng, LIU Dongxue, WANG Yang, YANG Huanhuan, ZHANG Xinru, YANG Shuang, SHU Yongjun
(College of Life Science and Technology, Harbin Normal University, Harbin 150025, China)
Abstract:
Polygalacturonases(PGs) are pectin degrading enzymes, which are involved in various plant developmental processes, such as fruit ripening, organ abscission, and pollen ripening. Through using homolog searching and protein domain identifying method, 74 MtPGgenes were distinguished from the Medicago truncatulagenome. According to multiple alignments and phylogenetic analysis results, the genes were classified into six subfamilies, including 9,7, 4,1, 18, and 25 MtPGgene members. Besides, chromosomal location analysis shows that the MtPGgenes in M. truncatulawere unevenly distributed among the eight chromosomes, varying from two to sixteen members on every chromosome. Meanwhile, numerous duplication events were identified in the PGgene family, which indicates that MtPGgenes expanded through gene duplication events in M. truncatula.Finally, their expressional profiles were assessed using public RNA-Seq data, and results show that MtPGgenes were expressed in the root, nodule, blade, bud, seedpod, and flower. The 31 MtPGgenes were clustered into four groups (Cluster Group I to VI) based on their expression levels, and most of the PGgene family members showed the highest expression levels in nodule and/or flower, which suggests their significant roles in tissues development process, especially for flower and root. In summary, these findings will be valuable for determining detailed MtPGgenes functions in M. truncatula.
Key words: Medicago truncatula PG Phylogenetic analysis Expression patterns
胡龄予, 伊霖晟, 刘冬雪, 王阳, 杨欢欢, 张鑫茹, 杨爽, 束永俊. 蒺藜苜蓿多聚半乳糖醛酸酶基因家族的全基因组分析[J]. 生物信息学, 2020, 18(1): 31-38. DOI: 10.12113/201907005.
HU Lingyu, YI Linsheng, LIU Dongxue, WANG Yang, YANG Huanhuan, ZHANG Xinru, YANG Shuang, SHU Yongjun. Genome-wide analysis of polygalacturonase gene family in Medicago truncatula[J]. Chinese Journal of Bioinformatics, 2020, 18(1): 31-38. DOI: 10.12113/201907005.
基金项目 国家自然科学基金项目(No. 31302019)；中国博士后科学基金项目(No. 2016T90307和No. 2015M571430) 通信作者 束永俊，男，副教授，研究方向：基因组学与生物信息学.E-mail: syjun2003@126.com 作者简介 胡龄予，女，研究方向：基因组学与生物信息学. E-mail: 1632819365@qq.com 文章历史 收稿日期: 2019-07-22 修回日期: 2019-10-18
Contents Abstract Full text Figures/Tables PDF
蒺藜苜蓿多聚半乳糖醛酸酶基因家族的全基因组分析
胡龄予
, 伊霖晟, 刘冬雪, 王阳, 杨欢欢, 张鑫茹, 杨爽, 束永俊
哈尔滨师范大学 生命科学与技术学院，哈尔滨 150025
收稿日期: 2019-07-22; 修回日期: 2019-10-18
基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 31302019)；中国博士后科学基金项目(No. 2016T90307和No. 2015M571430)
作者简介:胡龄予，女，研究方向：基因组学与生物信息学. E-mail: 1632819365@qq.com
通信作者: 束永俊，男，副教授，研究方向：基因组学与生物信息学.E-mail: syjun2003@126.com
摘要: 多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonases，PGs)是一种果胶水解酶，参与果实成熟、器官脱落、花粉成熟等多个植物发育过程。采用相似性比对和结构域搜索方法，从蒺藜苜蓿基因组中共鉴定出74个MtPG基因。根据系统进化关系将其分为6个亚家族，分别包含9、7、4、11，18和25个MtPG基因家族成员。染色体定位分析发现，MtPG基因在蒺藜苜蓿的8条染色体上呈现不均匀分布，每条染色体上分布有2-16个MtPG基因；同时，基因组复制分析结果显示，蒺藜苜蓿的PG基因家族成员之间存在大量的基因复制。最后，通过蒺藜苜蓿的高通量测序数据分析发现，MtPG基因家族广泛地在根部、结瘤、叶片、芽，心皮和花等组织中表达。根据它们在不同组织中表达水平，将31个MtPG基因聚类为4组，分别探讨了四组基因在蒺藜苜蓿组织器官分化中表达模式，重点解析了它们在花器官发育以及根部组织分化中可能的调控机制，这将为进一步研究蒺藜苜蓿MtPG基因家族成员的基因功能提供了理论基础。
关键词: 蒺藜苜蓿 PG 系统进化分析 表达模式
Genome-wide analysis of polygalacturonase gene family in Medicago truncatula
HU Lingyu
, YI Linsheng, LIU Dongxue, WANG Yang, YANG Huanhuan, ZHANG Xinru, YANG Shuang, SHU Yongjun College of Life Science and Technology, Harbin Normal University, Harbin 150025, China
Abstract: Polygalacturonases(PGs) are pectin degrading enzymes, which are involved in various plant developmental processes, such as fruit ripening, organ abscission, and pollen ripening. Through using homolog searching and protein domain identifying method, 74 MtPG genes were distinguished from the Medicago truncatula genome. According to multiple alignments and phylogenetic analysis results, the genes were classified into six subfamilies, including 9, 7, 4, 11, 18, and 25 MtPG gene members. Besides, chromosomal location analysis shows that the MtPG genes in M. truncatula were unevenly distributed among the eight chromosomes, varying from two to sixteen members on every chromosome. Meanwhile, numerous duplication events were identified in the PG gene family, which indicates that MtPG genes expanded through gene duplication events in M. truncatula. Finally, their expressional profiles were assessed using public RNA-Seq data, and results show that MtPG genes were expressed in the root, nodule, blade, bud, seedpod, and flower. The 31 MtPG genes were clustered into four groups (Cluster Group Ⅰ to Ⅵ) based on their expression levels, and most of the PG gene family members showed the highest expression levels in nodule and/or flower, which suggests their significant roles in tissues development process, especially for flower and root. In summary, these findings will be valuable for determining detailed MtPG genes functions in M. truncatula.
Key Words: Medicago truncatula PG Phylogenetic analysis Expression patterns
多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonases，PGs)属于一个大的水解酶家族，它通过降解果胶在植株生长发育过程中的细胞分离事件中发挥重要作用[1]。果胶是一种杂多糖，它是双子叶植物体细胞初生细胞壁的主要成分，同时也是花粉内壁和花粉管壁的主要成分，因此，参与果胶代谢相关酶和蛋白对植物的生长和生殖发育至关重要[2]。PG已被鉴定出具有四个保守的功能结构域(Ⅰ-Ⅳ)，依据PG降解途径的不同，可以把PG分为内切PG (endo-PG)、外切PG (exo-PG)、鼠李糖PG (rhamno-PG)，它们分别能够在不同部位催化水解α-(1-4)聚半乳糖苷键的断裂[3]。目前，已经在拟南芥[4]、黄瓜[5]、桃[1]、苹果[6]等众多植物中对PG基因家族进行了鉴定，对其进行功能分析发现，PGs调控着果实成熟软化、器官脱落、宿主相互作用、荚果和花药开裂、花粉管生长、种子萌发和幼苗下胚轴伸长等多个生物学过程[7]。
紫花苜蓿是当今世界上栽培面积最大的牧草作物，具有适应性强、产草量高、品质优等特点，素有“牧草之王”之称。但是，紫花苜蓿为自交不亲和的同源四倍体植物，基因组极其复杂，严重限制了其遗传育种研究。蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)是一种自花授粉的苜蓿，其基因组较小(约470 Mb)，且为二倍体，已经完成基因组测序，使其成为研究豆科，特别是苜蓿属(如紫花苜蓿)基因功能的模式植物[8]。对蒺藜苜蓿中PG基因家族进行全基因鉴定，通过序列比对和系统进化分析，完成PG基因家族成员的分类，同时，根据PG基因家族的染色体定位信息，明确其在基因组的分布特征。最后，利用蒺藜苜蓿的转录组测序数据，分析PG基因家族在蒺藜苜蓿生长发育过程的表达谱，为解析蒺藜苜蓿中PG基因家族的重要作用提供参考。
1 材料和方法1.1 蒺藜苜蓿PG基因家族的鉴定和分类从JCVI数据库(http://www.jcvi.org/medicago/)下载蒺藜苜蓿基因组测序数据，构建本地BLAST数据库。从TAIR数据库中收集拟南芥PG家族蛋白序列，利用这些蛋白序列作为BLAST查询序列，对蒺藜苜蓿基因组进行搜索[9]，evalue设置为：1×10-5，覆盖率大于80%。在Pfam数据库中下载PG结构域的HMM文件(Glyco_hydro_28，PF00295)，利用HMMER (evalue:1×10-2)[10]搜索候选PG蛋白的结构域信息；同时，采用软件SMART检测，确认候选基因含有PG的结构域。最后，根据拟南芥PG蛋白基因的分类信息对蒺藜苜蓿PG基因家族进行分类。
1.2 蒺藜苜蓿PG基因家族的系统进化分析利用ClustalW2[11]对拟南芥和蒺藜苜蓿PG蛋白进行多序列联配比对分析，采用MEGA4[12]构建PG基因家族系统发育树，系统进化分析参数如下：(1)建树方法为邻近法(neighbor-joining，NJ)；(2)遗传距离为泊松距离(Poisson correction)；(3)抽样次数为1 000次(bootstrap: 1 000 replications)。
1.3 蒺藜苜蓿PG基因家族的染色体定位分析从蒺藜苜蓿基因组中检索到所有PG基因的位置信息和CDS序列，利用BLAST进行两两对比，当两个PG基因的一致性超过80%时，则这两个基因之间存在基因复制。根据PG基因在蒺藜苜蓿基因组中的位置信息及基因间的复制情况，利用软件CIRCOS[13]绘制PG基因家族在蒺藜苜蓿基因组中的分布情况。
1.4 蒺藜苜蓿PG基因家族的表达分析蒺藜苜蓿转录组测序(RNA-seq)数据(SRR350517-SRR350521，SRR350538和SRR349692)从NCBI的SRA数据库下载，转录组数据包含蒺藜苜蓿的根部(Root)、根部结瘤(Nodule)、叶片(Blade)、芽(Bud)，心皮(Seedpod)和花(Flower)六个组织或部位。利用TopHat将所有高通量序列映射到蒺藜苜蓿基因组，并通过Cufflinks进行基因表达[14]。提取PG基因的表达数据，利用R软件对其进行分析、聚类和可视化。
2 结果与分析2.1 蒺藜苜蓿PG基因家族的鉴定和分类通过相似性比对和结构域搜索，从蒺藜苜蓿基因组中共鉴定出74个MtPG基因家族成员，根据它们所属的亚家族和染色体位置，依次命名为MtPG01-MtPG74，如表 1所示。这些MtPG基因编码的推测蛋白长度为236-775 aa，内含子2-9个，其中，2个MtPG基因(MtPG39和MtPG47)只含有两个内含子，60个MtPG含有4个以上内含子。在已报道的PG基因家族的研究中，蒺藜苜蓿PG的数量是高于其他植物，如拟南芥(68)、番茄(54)、黄瓜(53)、桃子(45)。根据PGs的分子系统进化关系，将这些PG基因分为六个亚家族(A-F)，分别含有9、7、4、11，18和25个PG基因家族成员。
表1(Table 1)
表 1 蒺藜苜蓿基因组中PG基因Table 1 PG genes identified in Medicago truncatula 基因 基因座位号 染色体定位 氨基酸 内含子 亚家族 MtPG01 Medtr1g086390 chr1:38659765-38662894 477 5 A
MtPG02 Medtr2g032710 chr2:12315408-12322300 463 5 A
MtPG03 Medtr4g094715 chr4:38832640-38835379 461 5 A
MtPG04 Medtr5g033680 chr5:14516292-14519678 470 8 A
MtPG05 Medtr5g034090 chr5:14734905-14739416 534 5 A
MtPG06 Medtr6g005630 chr6:863153-867302 425 5 A
MtPG07 Medtr7g110050 chr7:45101037-45103855 462 5 A
MtPG08 Medtr8g065010 chr8:27295111-27299002 521 6 A
MtPG09 Medtr8g065030 chr8:27310073-27313786 461 8 A
MtPG10 Medtr1g052315 chr1:21183250-21186740 449 7 B
MtPG11 Medtr2g060350 chr2:24855141-24858654 444 7 B
MtPG12 Medtr2g103410 chr2:44519609-44523183 451 7 B
MtPG13 Medtr3g030540 chr3:9670728-9674889 437 8 B
MtPG14 Medtr7g091840 chr7:36347147-36349369 384 8 B
MtPG15 Medtr7g091850 chr7:36353948-36360735 450 8 B
MtPG16 Medtr7g113910 chr7:46959130-46964803 376 9 B
MtPG17 Medtr2g029170 chr2:10881421-10882932 361 3 C
MtPG18 Medtr2g049400 chr2:21772816-21776116 391 3 C
MtPG19 Medtr4g083660 chr4:32522029-32524282 374 4 C
MtPG20 Medtr8g009810 chr8:2423952-2426973 400 3 C
MtPG21 Medtr1g088160 chr1:39390473-39392282 407 3 D
MtPG22 Medtr2g058640 chr2:24230991-24232613 407 3 D
MtPG23 Medtr2g058670 chr2:24242502-24244330 419 3 D
MtPG24 Medtr2g058840 chr2:24297949-24299598 417 3 D
MtPG25 Medtr2g100040 chr2:42942787-42944494 365 4 D
MtPG26 Medtr2g435640 chr2:13791435-13796366 423 4 D
MtPG27 Medtr3g438050 chr3:13011474-13013852 395 3 D
MtPG28 Medtr4g120320 chr4:49884372-49886301 422 4 D
MtPG29 Medtr5g063430 chr5:26299058-26301816 315 3 D
MtPG30 Medtr5g097860 chr5:42842979-42844751 343 3 D
MtPG31 Medtr8g030930 chr8:11531499-11533056 399 3 D
MtPG32 Medtr1g086030 chr1:38484669-38488435 510 3 E
MtPG33 Medtr1g099850 chr1:45067030-45068986 475 5 E
MtPG34 Medtr1g100040 chr1:45074575-45076650 481 5 E
MtPG35 Medtr1g100050 chr1:45077811-45079785 473 5 E
MtPG36 Medtr1g100060 chr1:45082095-45084624 516 6 E
MtPG37 Medtr2g042740 chr2:18636698-18641564 474 4 E
MtPG38 Medtr2g042750 chr2:18643705-18646214 294 5 E
MtPG39 Medtr2g083670 chr2:35111056-35113079 236 2 E
MtPG40 Medtr3g096330 chr3:44022720-44026955 775 7 E
MtPG41 Medtr3g449590 chr3:16889169-16895715 451 4 E
MtPG42 Medtr4g124980 chr4:51838098-51842179 492 4 E
MtPG43 Medtr5g090160 chr5:39270733-39275416 450 4 E
MtPG44 Medtr7g078680 chr7:29762570-29765948 483 5 E
MtPG45 Medtr7g088550 chr7:34504347-34506744 476 5 E
MtPG46 Medtr7g110710 chr7:45367344-45371719 466 4 E
MtPG47 Medtr7g092470 chr7:36649364-36655367 482 2 E
MtPG48 Medtr8g028725 chr8:11061041-11065754 479 5 E
MtPG49 Medtr8g098840 chr8:41331762-41334923 470 4 E
MtPG50 Medtr0157s0060 scaffold0157:15247-20596 365 7 F
MtPG51 Medtr1g012390 chr1:2447667-2451099 397 8 F
MtPG52 Medtr1g013730 chr1:3277876-3280656 382 8 F
MtPG53 Medtr1g013740 chr1:3272148-3276100 390 8 F
MtPG54 Medtr2g103650 chr2:44625414-44629212 404 9 F
MtPG55 Medtr2g435340 chr2:13606670-13610605 452 5 F
MtPG56 Medtr3g054320 chr3:21549576-21552288 401 6 F
MtPG57 Medtr3g084360 chr3:38089185-38091032 391 6 F
MtPG58 Medtr3g084380 chr3:38095209-38097944 396 6 F
MtPG59 Medtr4g034020 chr4:12499881-12505230 365 7 F
MtPG60 Medtr4g084050 chr4:32729268-32731175 394 6 F
MtPG61 Medtr4g120730 chr4:49981535-49985560 459 5 F
MtPG62 Medtr5g043350 chr5:19056081-19058555 400 6 F
MtPG63 Medtr6g028080 chr6:9978081-9985497 400 6 F
MtPG64 Medtr7g035415 chr7:13555483-13559381 334 6 F
MtPG65 Medtr8g008700 chr8:1829561-1832039 292 6 F
MtPG66 Medtr8g008765 chr8:1861927-1866353 346 7 F
MtPG67 Medtr8g010040 chr8:2522127-2526378 388 7 F
MtPG68 Medtr8g010050 chr8:2530574-2534406 356 6 F
MtPG69 Medtr8g010070 chr8:2539644-2543850 390 7 F
MtPG70 Medtr8g010080 chr8:2548763-2551323 388 7 F
MtPG71 Medtr8g010090 chr8:2553377-2556933 389 7 F
MtPG72 Medtr8g010110 chr8:2562133-2566759 389 7 F
MtPG73 Medtr8g031180 chr8:11657369-11659557 281 6 F
MtPG74 Medtr8g077320 chr8:32921813-32926670 364 9 F
表 1 蒺藜苜蓿基因组中PG基因Table 1 PG genes identified in Medicago truncatula
2.2 蒺藜苜蓿PG基因家族的系统进化分析为了详细地研究蒺藜苜蓿PG基因家族的分子系统进化关系，利用74个MtPG基因的蛋白质序列进行了多序列比对和系统进化树构建，结果显示，它们可以分为六个亚家族，如图 1所示。六个亚家族(A-F)分别含有9、7、4、11, 18和25个PG基因家族成员，这与水稻、杨树[15]、桃、苹果等植物中PG基因家族成员分布类似，都为6亚家族。但是，在拟南芥中，PG基因家族总共有68个成员，可以分为7个亚家族，即A-G，其中亚家族G含有7个成员，研究表明它们在花粉发育过程中执行降解花粉母细胞细胞壁的生物学功能。同时，对比几种植物的PG基因家族成员分布发现，蒺藜苜蓿的亚家族E和F明显拥有更多的成员，这可能是蒺藜苜蓿PG基因家族成员明显增多的主要原因。
图 1(Figure 1)
图 1 蒺藜苜蓿PG基因家族的系统进化分析Figure 1 Phylogenetic analysis of PG gene family in Medicago truncatula注：红色圆形代表亚家族A；绿色方形代表亚家族B；蓝色三角形代表亚家族C；粉红色菱形代表亚家族D；青色圆形代表亚家族E；紫色方形代表亚家族F。2.3 蒺藜苜蓿PG基因家族的染色体定位分析为了探究蒺藜苜蓿PG基因家族扩增和进化的机制，本研究对蒺藜苜蓿PG基因进行染色体定位分析。通过提取蒺藜苜蓿PG基因的染色体定位信息发现，73个MtPG基因(MtPG50除外)定位在8条染色体上，如图 2所示。图中结果显示，这些MtPG基因在染色体上不是均匀分布，其中，8号和2号染色体上分布成员最多，分别为16个和15个，6号染色体最少，只有2个MtPG基因。此外，这些MtPG基因在单条染色体上也不是均匀分布，呈现明显的聚集分布，如1号和8号染色体上都形成了MtPG基因簇。通过比对发现，这些MtPG基因簇都是基因复制形成的；同时，染色体之间也存在MtPG基因间的复制事件，这些复制事件可能是MtPG基因家族的主要扩增动力。
图 2(Figure 2)
图 2 蒺藜苜蓿PG基因在染色体定位Figure 2 Chromosomal locations of PG genes in Medicago truncatula注：红色连线代表亚家族A成员间的复制事件；蓝色连线代表亚家族B成员间的复制事件；紫色连线代表亚家族C成员间的复制事件；绿色连线代表亚家族D成员间的复制事件；黄色连线代表亚家族E成员间的复制事件；黑色连线代表亚家族F成员间的复制事件。2.4 蒺藜苜蓿PG基因家族的表达分析为了研究MtPG基因家族成员在蒺藜苜蓿生长发育过程中生物学功能，本研究从NCBI数据库中下载了蒺藜苜蓿转录组测序数据，获得了31个MtPG基因在六种组织(或器官)中的表达模式，对它们的表达模式进行了聚类分析，结果如图 3所示。结果显示，31个MtPG基因成员可以分成四组(Cluster Group Ⅰ-Ⅳ)。其中，Ⅰ组含有7个MtPG基因(MtPG21、22、23、26、28，35和52)，它们主要在蒺藜苜蓿的心皮和花组织中表达，推测这些MtPG基因主要与蒺藜苜蓿的生殖发育过程相关；Ⅱ组含有11个MtPG基因(MtPG08、09、12、37、41、42、43、46、55，61和63)，它们主要在根或心皮组织中表达，可能参与了这两种组织(或器官)的发育和形成过程；Ⅲ组含有10个MtPG基因家族成员(MtPG02、03、05、16、32、40、44、47，48和49)，它们主要集中在根和根部的结瘤中表达，表明它们可能与蒺藜苜蓿的根组织形态建成相关；最后，Ⅳ组包含3个MtPG基因(MtPG01，06和19)，它们主要在根、结瘤和花组织中表达，表明它们主要参与这两个组织的发育调控过程。
图 3(Figure 3)
图 3 蒺藜苜蓿PG基因表达的聚类分析Figure 3 Cluster analysis of PG gene expression in Medicago truncatula注：粉色为聚类Ⅰ；黄色为聚类Ⅱ；蓝色为聚类Ⅲ；绿色为聚类Ⅳ。3 讨论多聚半乳糖醛酸酶属于植物最大的水解酶家族之一，它参与到了果实成熟、器官脱落、花粉成熟等过程，对植物的生长发育具有重要意义。在不同植物中，PG基因的进化和分类已经被大量的研究。通过生物信息学方法分析，在蒺藜苜蓿基因组中总共发现了74个MtPG基因，这些基因被聚类到六个亚家族(A-F)，且这几个亚家族之间基因成员数目差异较大，其中亚家族F成员最多，高达25个；亚家族C成员最少，只有4个。通过序列比对发现，MtPG基因家族各成员之间存在大量的基因复制事件，按照产生原因，它们可以分为串联复制和片段复制两类。在蒺藜苜蓿基因组范围内，总共发生了25次MtPG基因复制事件，其中串联复制事件11次，片段复制事件14次，这些复制事件促使了MtPG基因家族的扩张，超过了其他植物基因组中的数量。此外，串联复制事件促使MtPG基因在染色体上分布发生富集，形成MtPG基因簇，如1号染色体上的MtPG32-36基因簇。同时，片段复制事件促进了MtPG基因家族成员在不同染色体上的扩张，如5号染色体和8号染色体间发生了MtPG04-05与MtPG08-09的片段复制，引起亚家族A的基因成员增多。
通过蒺藜苜蓿的基因表达谱分析发现，MtPG基因在蒺藜苜蓿的根器官形成和生殖生长过程中承担重要的调控作用。研究结果显示，部分MtPG基因成员(MtPG21、22、23、26、28，35和52)主要在心皮和花组织中表达，可能与蒺藜苜蓿的雌雄蕊发育相关，这与梁颖[2]的报导是一致，明确了它们在花蕊发育过程中调控作用。同时，这些MtPG基因分布较为集中在1号和2号染色体，表明它们可能通过同一遗传机制参与花蕊的生长发育调控过程。类似的还有MtPG48和MtPG49，它们都在根器官和根部的结瘤组织中表达，说明它们可能参与蒺藜苜蓿根部形态的建成过程。同时，这两个MtPG基因是通过片段复制事件形成的，而且两者的表达模式类似，略有差别，说明MtPG基因复制扩展基因家族的规模，为MtPG基因功能的分化创造了条件。
4 结论采用相似性比对和结构域搜索相结合的方法，从蒺藜苜蓿基因组中鉴定出了74个MtPG基因家族成员，并通过系统进化分析，明确了蒺藜苜蓿MtPG基因家族的分类和进化关系。同时，对蒺藜苜蓿PG基因家族进行染色体定位分析，解析了基因复制在MtPG基因进化过程中的作用。最后，通过蒺藜苜蓿基因表达谱分析，初步阐述了MtPG基因在蒺藜苜蓿根器官生长和生殖发育过程中的重要作用，这将为进一步解析MtPG基因的分子调控作用机制提供基础。
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