近日，海洋研究院李远宁课题组在系统演化领域权威期刊Molecular Systems Biology（中科院1区Top，IF=10.38）发表题为“Uni-que trajectory of gene family evolution from genomic analysis of nearly all known species in an ancient yeast lineage”的研究论文，揭示出古老的酵母谱系——酵母亚门（Saccharomycotina，以下简称酵母）在基因家族演化过程中所采取的独特策略。

基因的获得与丢失是生物基因组演化及多样性形成的主要驱动因素。有别于动植物，真菌的早期祖先主要经历了基因的丢失事件。酵母约在4亿年前分化，所展现出的高度基因组、代谢及生态多样性不仅使其广泛应用在酿酒、油脂生产等工业环节，也是研究真菌基因家族演化的理想类群。然而，以往研究主要集中于酵母的少数代表物种，缺乏全面的基因组数据，严重阻碍了人们对酵母亚门基因家族演化历程的系统认知。

图1.酵母、丝状子囊菌、动物和植物基因家族平均拷贝数的对比

为系统解析酵母基因家族的演化历程，研究团队收集得到覆盖酵母亚门约95%的已知物种基因组数据（1154个），并同植物（1178个基因组及转录组）、动物（83个基因组）及丝状子囊菌（Pezizomycotina，761个基因组）的遗传数据展开比较分析。研究发现：1）酵母亚门的基因家族规模与动植物及丝状子囊菌存在显著差异，主要体现酵母虽展现出相对较少的平均基因家族拷贝数，却拥有更大的基因家族拷贝潜力；2）酵母中的快速演化谱系表现出更快的物种形成速率，并经历了更为显著的基因家族收缩或丢失事件。相关丢失基因主要涉及mRNA剪接、碳水化合物代谢（如GPH1和SGA1）及细胞分裂（如DASH复合体相关基因）等关键生物学功能，与多碳源利用能力丧失密切相关；3）酵母亚门展现出独特的以基因丢失为主导的演化策略，显著区别于其他主要真核生物以基因扩张为特征的典型演化模式。

真核生物基因家族演化策略与生态适应过程有助于人们理解地球生物多样性形成背后的遗传机制。该项工作所发现的酵母亚门基因家族丢失性演化特征更新了现有真核生物基因家族演化的理论框架。更为重要的是，本研究突破了当前大规模比较基因组研究方法的固有思路，研发并应用出一套系统整合基因家族平均拷贝数、物种演化速率与统计检验的分析范式，具备推广至更多生物类群比较基因组学研究领域的潜力。

山东大学为该论文的第一完成和通讯单位。海洋研究院硕士研究生冯博为论文第一作者，李远宁为通讯作者。李远宁课题组长期致力于海洋生物系统演化研究，注重原创性理论方法。系列研究成果已发表在Science，Current Biology，PNAS，The ISME Journal，PlOSBiology，Molecular Biology and Evolution 等国际顶尖学术期刊。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目资助。