部分野生稻中查爾酮異構酶基因家族的分子進化.pdf

1、野生稻具有豐富的遺傳多樣性，對許多常見病害以及逆境等都具有抗性和耐受性，加之較為清晰的譜系關系，使它們成為提升水稻品質(zhì)和解決進化問題的雙重研究模式體系。類黃酮類化合物不僅增加植物的色彩并且在諸如保護植物免受紫外線和病原體侵害、調(diào)控植物的雄性育性等植物的防御和發(fā)育過程發(fā)揮重要的作用。查爾酮異構酶（Chalcone isomerase,CHI,EC5.5.1.6)是類黃酮合成途徑的關鍵酶，催化查爾酮分子內(nèi)環(huán)化，是類黃酮合成的限速酶，隸屬查爾

2、酮異構酶基因家族。盡管作為典型的催化酶，針對查爾酮異構酶本身的研究非常豐富，但對其整個基因家族在不同植物類群中的組成、起源和復制歷史以及在多倍體中的進化規(guī)律等卻少有涉及。本文通過對藥用野生稻O.officinalis轉錄組的測序和深入查詢，綜合生物信息學手段闡明查爾酮異構酶基因家族成員在野生稻二倍體中的分子進化特點；同時通過對野生稻中具CCDD基因組異源多倍體中高度同源的CHI家族成員Ochi4和Ochi5基因進化規(guī)律的研究，揭示出倍增

3、基因在野生稻多倍體中的核苷酸多樣性、進化動態(tài)和表達偏好。具體研究內(nèi)容如下：
　　一、通過對藥用野生稻O.officinalis轉錄組的測序和生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)查爾酮異構酶基因家族在野生稻二倍體中至少包括5個成員，其中3個被認為和脂肪酸結合蛋白有關；同時研究也發(fā)現(xiàn)成員Ochi4與Ochi5無論是在核苷酸水平、蛋白質(zhì)理化性質(zhì)以及蛋白結構上都高度相似。進一步的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，CHI基因家族的起源古老，最初的起源可以追溯到早期陸生植物

4、的祖先種內(nèi)。
　　二、通過大范圍分子克隆和測序分析，對具有CCDD基因組的3個物種，O.alta、O.grandiglumis和O.latifolia的9個樣品的Ochi4和Ochi5基因的進化規(guī)律進行了深入研究。結果表明，兩個查爾酮異構酶家族成員Ochi4和Ochi5在3個物種的DNA水平上體現(xiàn)出基本一致的進化規(guī)律。首先，它們都隨著物種基因組的加倍發(fā)生了倍增，多倍體內(nèi)都同時出現(xiàn)了來自雙親基因組類型的倍增組分。其次，倍增組分均體現(xiàn)

5、出長度多態(tài)性，相對C基因組來源組分，D基因組來源的組分在第三個內(nèi)含子均有不同長度的片段插入。最后，倍增組分在彼此的進化動力上也呈現(xiàn)類似的進化趨勢，即均是D基因組類型具有較高的核苷酸多樣性。但是，在mRNA水平，Ochi4和Ochi5卻顯示出不一樣的表達模式。其中基因Ochi4在三個物種中采用倍增基因分化表達的方式，物種O.alta，O.grandiglumis選擇表達來自C基因組的類型，而物種O.latifolia則選擇表達來自D基因組