擬南芥最近一次的基因複製事件與亞功能化產生出專門耐長期熱逆境之粒腺體GrpE蛋白

從演化的角度推測，熱逆反應基因的複製及功能分化可能有助於植物適應環境中不同的高溫變化類型。然而這個看法並沒有太多實例可支持。在此，藉由擬南芥粒腺體 GrpE（Mge）基因與蛋白質演化與功能的研究結果，我們提出一個可以支持這個觀點的例證。 GrpE 係原核型 Hsp70/DnaK 蛋白折疊複體中的核苷酸交換因子。基因組的數據顯示，擬南芥的兩個相似度很高的基因 Mge1 和 Mge2 ，係最近一次全基因組複製事件所留下的產物。系統發生學分析發現，Mge 基因的複製與保留也獨立發生於許多植物物種中，顯示這個基因在植物中共同演化的趨勢。在擬南芥和番茄裡，Mge1 及 Mge2 均分別受到 UV-B 和高溫的誘導，意味著這兩個基因在不同物種中，表達調控方面有著相似的歧異化作用。而高溫逆境之主要調控因子 HsfA1，控制 Mge2 表達，但對 Mge1 卻沒有作用，呼應了前面的結果。在對溫度敏感的大腸桿菌 GrpE 突變體進行異源表達的實驗中發現，Mge2 比 Mge1 更有助於該突變體在高溫下的生長。利用擬南芥 Mge2 的 T-DNA 插入突變株所作的耐熱性實驗顯示，Mge2 基因對於長期暴露在中度高溫的耐受性扮演重要角色，卻對短暫的極端高溫處理沒有太大的貢獻。這和另外兩個熱激蛋白 Hsp101 及 Hsa32 的相反作用形成了明顯的對比。因此，我們認為 Mge 基因的複製和亞功能化，更有助於植物適應不同高溫變化類型。在面對高溫逆境頻率可能增加、高溫幅度可能增強的未來，找出植物適應熱逆境的法則，對改進作物耐熱性的工作或將有所助益。

胡愷倫、林修穎、杞文慈、常怡雍 (2012) Plant Physiology, 158(2): 747-758