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种系特异性基因指通过同源序列检索,在其他种系中找不到任何同源序列的一类基因,被认为主要在物种特有性状和适应性进化方面发挥功能。茄属(Solanum)是有花植物中重要的一个大属,包含许多具有经济、观赏和药用价值的植物,是甾体糖苷生物碱的主要来源。其中,马铃薯(Solanum tuberosum)是世界第一大非谷类粮食作物,在保障粮食安全和促进经济发展方面具有重要作用。对马铃薯中种系特异性基因的研究,有助于了解马铃薯乃至茄属植物特殊性状产生的机理,为改良作物农艺性状和抗性育种提供了新的思路,也为未知功能基因的研究奠定基础。本研究基于局部序列比对,在马铃薯参考基因组双单倍体DM(S.tuberosum group Phureja DM1-3 516 R44)中鉴定出2521个马铃薯特异基因和3331个茄属特异基因,在野生种二倍体马铃薯CMM(S.commersonii)中鉴定出1361个马铃薯特异基因和1687个茄属特异基因,在野生种二倍体马铃薯自交系M6(S.chacoense)中鉴定出1023个马铃薯特异基因和617个茄属特异基因。并从中鉴定出26个单拷贝马铃薯特异性同源群和22个单拷贝茄属特异性同源群。在DM中,与进化保守基因相比,种系特异性基因的基因长度较短、内含子长度较长、编码的蛋白质长度较短、GC含量较高、外显子个数较少且单外显子比例较高。DM和CMM中种系特异性基因在染色体上的数量与染色体的长度呈正相关,而M6中种系特异性基因在染色体上的数量分布有一定的偏好性。与进化保守基因相反,DM中的种系特异性基因,尤其是茄属特异基因主要分布在着丝粒附近,可能导致其转录水平的降低。在表达方面,种系特异性基因的转录支持率远小于进化保守基因,且具有明显的时空特异性和受生物与非生物胁迫或植物激素诱导表达的倾向。GO和KEGG富集分析显示种系特异性基因主要富集在结合功能和芳香族氨基酸合成通路上。亚细胞定位结果显示挑选的10个种系特异性基因全部在细胞核中有定位信号,且其中有2个茄属特异基因和1个马铃薯特异基因在酵母系统中具有转录激活的功能。这些结果暗示种系特异性基因可能通过转录调控来行使功能,且可能通过参与次级代谢途径,在环境适应性方面发挥作用。特别的是,我们发现具有转录活性的茄属特异基因PGSC0003DMG400046242在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)叶片上瞬时表达能够引起细胞坏死,推测其功能可能与免疫应答有关。综上所述,本研究分别鉴定了3种已测序的马铃薯中的种系特异性基因,并对其基因特征、表达模式和潜在功能等进行系统的分析,最后初步探索了PGSC0003DMG400046242的功能。为马铃薯等茄属植物特殊性状的解析以及种系特异性基因的功能研究提供重要线索,对生物多样性、环境适应性等方面的研究具有重要意义。