某物種被測(cè)序后，大部分課題組都會(huì)發(fā)表一些基因家族分析的文章，此舉常常被誤解為“灌水”，其實(shí)不然，理清基因組內(nèi)基因家族成員分類組成，是挖掘和物種特性相關(guān)的生物學(xué)問題的第一步工作，可以為后續(xù)基因功能研究及遺傳操作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

那么，研究基因家族有什么生物學(xué)意義？

1. 基因家族的基因在物種之間都是比較保守的，通過基因家族分析可以得到某物種特有的家族基因，而這些基因則有可能與該物種的特異性有關(guān)。

2. 通過對(duì)多物種構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，從而得到物種起源進(jìn)化或親緣關(guān)系方面的信息，并為后續(xù)遺傳操作提供參考。

3. 基于單拷貝基因家族，可估算出物種間的分歧時(shí)間。

4. 可以挖掘某物種中哪些基因發(fā)生了明顯的擴(kuò)增/收縮，這些變化可能與該物種某些強(qiáng)/弱化的生物學(xué)分子功能有關(guān)。

5. 通過分析家族基因在進(jìn)化過程受到的正向選擇，確定與該物種環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)的基因。 

基因家族分析既是一篇SCI文章，更是一個(gè)研究思路，想學(xué)習(xí)基因家族分析的小伙伴可以報(bào)名我們的“基因家族分析實(shí)操培訓(xùn)班”，3天讓您掌握基因家族分析技能，2019年3月22日-24日（周五至周日），在北京舉行第5期，具體培訓(xùn)信息見文末或直接留言咨詢！

以上分析基本都是基于生物信息學(xué)分析，其實(shí)，想要更深入研究某基因家族基因功能還是需要結(jié)合一些實(shí)驗(yàn)手段的，那么深入研究家族內(nèi)成員功能可以結(jié)合哪些實(shí)驗(yàn)手段呢？

之前給大家介紹過一篇小麥TCP基因家族分析文獻(xiàn)，文內(nèi)涉及多種實(shí)驗(yàn)手段如:原位雜交、酵母雙雜交、篩選突變體等，了解詳情請(qǐng)點(diǎn)擊此鏈接：小麥TCP基因家族分析。今天我再給大家介紹一篇于2019年1月正式發(fā)表在  Plant Molecular Biology（2區(qū)，IF=3.543）上的具有較多實(shí)驗(yàn)的基因家族分析文章，希望對(duì)您的研究有所幫助！

文章簡(jiǎn)介：

半胱氨酸是植物許多重要生物分子或防御物質(zhì)的前體，O-乙酰絲氨酸(巰基)裂解酶(OASTL)蛋白催化半胱氨酸生物合成的最后一步；之前研究主要集中在OASTL蛋白，而較少研究一個(gè)特定物種中所有OASTLS成員的功能。本文以番茄為材料，從番茄基因組中鑒定了屬于OASTLS基因家族的8個(gè)基因(SlOAS2 - SlOAS9)，分析內(nèi)容包括序列分析，亞細(xì)胞定位，酶活性測(cè)定，表達(dá)模式，以及與SATs的相互作用等。下面我們一起來具體看看。

結(jié)果部分:

1. 番茄OASTLS家族基因鑒定、克隆與序列分析

作者首先以 OAS-A1 (At4g14880)的蛋白序列為種子序列，在番茄基因組數(shù)據(jù)庫中鑒定到9個(gè)OASTL家族基因（SlOAS1-9）；但在番茄中只擴(kuò)增出SlOAS2 - SlOAS9這8個(gè)基因，SlOAS1無法擴(kuò)增出；具體基因結(jié)構(gòu)及差異見下圖1：

值得一提的是SlOAS9是這些蛋白質(zhì)中最獨(dú)特的一個(gè)，其序列長(zhǎng)度比其他SlOAS基因長(zhǎng)得多；增加的氨基酸位于β5B-α4環(huán)、β5B和β8A-β9A環(huán)區(qū)域；并且在TSGENT區(qū)域存在2個(gè)氨基酸突變（見下圖2），可能會(huì)影響蛋白活性。

系統(tǒng)發(fā)育分析進(jìn)一步表明，SlOAS9不屬于任何一種OASTL亞族（下圖3）；SlOAS2和SlOAS4是CysD亞家族，SlOAS5屬于對(duì)于CysB亞家族，SlOAS6與OAS-A1最相似，而SlOAS7和SlOAS8同屬CysC亞家族。

2. 番茄OASTL蛋白的亞細(xì)胞定位

作者利用綠色熒光蛋白（GFP）進(jìn)行了番茄OASTL的亞細(xì)胞定位，結(jié)果如下圖所示：SlOAS2,4和6定位于細(xì)胞膜，胞質(zhì)溶膠和核內(nèi)； SlOAS5是葉綠體表達(dá)的蛋白質(zhì)；SlOAS7位于自噬體中；SlOAS8與線粒體結(jié)合； SlOAS9表達(dá)于過氧化物酶體，可能參與葉片衰老過程中葉綠體的降解。

 3. SlOAS和SlSATs 蛋白互作

OASTL基因都具有與SAT蛋白結(jié)合的能力，因此，作者接下來分析了SlOAS和SlSAT蛋白之間的相互作用，結(jié)果顯示：只有SlOAS5和SlOAS6可與SlSAT蛋白相互作用（圖5a，b，S3）；另一方面，番茄4中SAT蛋白中，只有SlSAT3不能與SlOAS5和SlOAS6相互作用；此外，SlOAS7具有反式激活能力，將BD-SIOAS7轉(zhuǎn)入酵母，在選擇性存活培養(yǎng)基（-Leu / -His）中即使僅加入1mM 3-AT也可以表現(xiàn)出α-半乳糖苷酶活性（圖5c）。

4. SlOAS重組蛋白的純化和酶活性測(cè)定

為了更直接地研究SlOAS蛋白質(zhì)的功能，作者將這些基因的CDSs轉(zhuǎn)入大腸桿菌中進(jìn)行體外原核表達(dá)，結(jié)果顯示：SlOAS5和SlOAS6都具有OASTL活性（圖6a），是真實(shí)的SIOAS基因；SlOAS4表現(xiàn)出最強(qiáng)的催化L-Cys脫硫能力，然后分別是SlOAS6，SlOAS2和SlOAS5；此外，SlOAS蛋白不能催化D-Cys產(chǎn)生H2S（圖6b）；并且番茄OASTL蛋白已經(jīng)丟失他們的SSCS功能（圖6C），這和沒有蛋白被劃分到擬南芥SCS相同的進(jìn)化枝結(jié)果一致（圖3）。

5. 番茄中SlOAS基因時(shí)空表達(dá)模式變化分析

為了進(jìn)一步了解SIOAS基因在番茄發(fā)育過程中的作用，作者選擇了15個(gè)組織（分為三組，營養(yǎng)組織，繁殖器官組織和不同發(fā)育階段果實(shí)），結(jié)果顯示：具有較高的催化半胱氨酸生成的能力的如SIOAS5，6在營養(yǎng)組織中表達(dá)較高，這與其亞細(xì)胞定位于葉綠體是一致的；SlOAS2, 3, 4, 和 6 在未成熟的果實(shí)中表達(dá)最高，隨著成熟表達(dá)下調(diào)，而SlOAS7，8則相反，隨著果實(shí)成熟表達(dá)上調(diào)；另外SIOAS8在雄蕊中的表達(dá)量較高，且隨時(shí)間呈上調(diào)趨勢(shì)。

總結(jié)：

作者通過此文不但理清了番茄中OASTLS基因家族成員關(guān)系，更是結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和他人研究基礎(chǔ)分析了番茄中SIOAS基因的功能，提出了科學(xué)假設(shè)，為深入解析OASTLS家族基因功能提供了基礎(chǔ)，開拓了思路，所用到的實(shí)驗(yàn)手段也都較為常見，思路較為嚴(yán)謹(jǐn)，值得借鑒！ 更多細(xì)節(jié)信息請(qǐng)下載原文查看，希望能對(duì)您的科研有所幫助！