蘋(píng)果基因組中F-box基因家族的鑒定及分析.pdf

1、F-box蛋白家族的特征是包含至少一個(gè)由40-50個(gè)保守氨基酸組成的F-box結(jié)構(gòu)域。F-box蛋白是植物泛素酶體的重要組成部分，通過(guò)泛素化途徑參與到多種細(xì)胞通路，比如花器官發(fā)育、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫響應(yīng)等重要的生理過(guò)程。在基因組范圍內(nèi)鑒定和分析F-box編碼基因?qū)ν诰蚧?、研究基因功能等有重要意義。蘋(píng)果是一類重要的經(jīng)濟(jì)作物，目前對(duì)于蘋(píng)果F-box編碼基因的研究較少。本研究通過(guò)BLAST和隱馬爾可夫模型搜索等方法，在蘋(píng)果基因組內(nèi)鑒定出517條

2、F-box編碼基因，根據(jù)這些基因編碼蛋白包含的其他功能結(jié)構(gòu)域，將這些F-box蛋白進(jìn)行功能分組，并對(duì)這些基因的染色體定位、表達(dá)模式、脅迫響應(yīng)等進(jìn)行了分析，為闡明F-box基因在蘋(píng)果中的功能提供更多的信息。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用兩種方法及兩層篩選在蘋(píng)果基因組中鑒定得到517條F-box編碼基因。
　　利用擬南芥、水稻和玉米的F-box基因序列對(duì)蘋(píng)果基因組進(jìn)行本地BLAST，為了不漏掉可能的蛋白并兼顧可信度，將E值界

3、限設(shè)為0.001，對(duì)小于或等于此E值的條目作為候選F-box編碼基因;另外，利用包含F(xiàn)-box結(jié)構(gòu)域序列特征的隱馬爾可夫模型掃描蘋(píng)果全基因組，將得到的條目也作為候選F-box編碼基因。將上述兩種方法得到的3000多條基因提交到Interpro數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行驗(yàn)證以確定F-box結(jié)構(gòu)域的存在，最終得到517條蘋(píng)果F-box編碼基因。
　　(2)根據(jù)F-box蛋白所包含的功能結(jié)構(gòu)域?qū)⑻O(píng)果F-box家族分為12個(gè)組。
　　除F-box

4、結(jié)構(gòu)域，F(xiàn)-box蛋白通常還包含一個(gè)或幾個(gè)其他功能結(jié)構(gòu)域，比如半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域、Kelch結(jié)構(gòu)域等，根據(jù)這些結(jié)構(gòu)域，將蘋(píng)果517條F-box蛋白分為12個(gè)組。與其他植物中F-box家族研究不同，本研究首次將半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域作為一個(gè)單獨(dú)的功能結(jié)構(gòu)域進(jìn)行分析，對(duì)包含該結(jié)構(gòu)域的F-box蛋白，根據(jù)其是否也含有Kelch結(jié)構(gòu)域，將這些蛋白分在FBKG組(F-box Kelch Galactose Oxidase)或FBG組(F-box Ga

5、lactose Oxidase)中。
　　(3)蘋(píng)果F-box蛋白中F-box結(jié)構(gòu)域保守氨基酸特征分析。
　　將蘋(píng)果F-box結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列提交到MEME網(wǎng)站進(jìn)行分析，得到一個(gè)40個(gè)氨基酸長(zhǎng)度的序列l(wèi)ogo，結(jié)果分析表明，出現(xiàn)在第4、5、27和31位的亮氨酸、脯氨酸、纈氨酸和色氨酸殘基在蘋(píng)果F-box蛋白家族中高度保守，第13、16、17、28、29和40位，分別出現(xiàn)亮氨酸（苯丙氨酸）、亮氨酸（纈氨酸）、脯氨酸、半胱氨酸

6、（絲氨酸）、賴氨酸（精氨酸）及苯丙氨酸（亮氨酸）的概率比較大。
　　(4)蘋(píng)果F-box基因家族成員在染色體上的定位分析。
　　根據(jù)發(fā)布的蘋(píng)果基因組，鑒定得到的517條蘋(píng)果F-box編碼基因中，有492條基因成功地定位到蘋(píng)果全部17條染色體上。將相似度大于70％且出現(xiàn)在同一基因簇中的基因定義為串聯(lián)重復(fù)基因，染色體定位結(jié)果顯示蘋(píng)果F-box基因在蘋(píng)果基因組中有串聯(lián)重復(fù)現(xiàn)象;除此之外，大量的F-box編碼基因集中出現(xiàn)在基因組的同

7、源區(qū)域內(nèi)，而這些同源區(qū)是由蘋(píng)果基因組倍增導(dǎo)致的，說(shuō)明蘋(píng)果F-box基因家族擴(kuò)張主要是通過(guò)基因在染色體內(nèi)串聯(lián)重復(fù)及基因組倍增事件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
　　(5)蘋(píng)果F-box基因家族器官特異性表達(dá)分析。
　　為了分析F-box基因成員在蘋(píng)果不同器官中的表達(dá)情況，我們將從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)獲得的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與F-box編碼基因進(jìn)行匹配，獲得了蘋(píng)果F-box基因的表達(dá)數(shù)據(jù)。根據(jù)F-box編碼基因在各器官中的表達(dá)不同，通過(guò)聚類分析，將517個(gè)蘋(píng)果F-

8、box基因分為7個(gè)組，每一組有相似的器官特異性表達(dá)。隨機(jī)挑選了10個(gè)F-box編碼基因，利用qRT-PCR技術(shù)對(duì)其在各個(gè)器官中的表達(dá)量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示，大部分的F-box基因的表達(dá)趨勢(shì)與從GEO獲得的表達(dá)譜中的數(shù)據(jù)相吻合，說(shuō)明轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可信。
　　(6)包含半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域的F-box編碼基因的器官特異性表達(dá)模式分析。
　　為了研究包含半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域的F-box編碼基因在蘋(píng)果各個(gè)器官中表達(dá)的特異性，從轉(zhuǎn)錄組中得到這

9、些基因的表達(dá)數(shù)據(jù)，根據(jù)在各器官中的表達(dá)不同對(duì)基因進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明，含有半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域的F-box編碼基因在種子、苗、花和果實(shí)中有較高的表達(dá)，暗示著含有該結(jié)構(gòu)域的F-box蛋白在這些器官中發(fā)揮重要作用。
　　(7)蘋(píng)果F-box基因參與果實(shí)成熟及非生物脅迫響應(yīng)。
　　為了研究蘋(píng)果F-box基因在果實(shí)成熟過(guò)程中的作用，利用果實(shí)成熟轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析了蘋(píng)果F-box家族蛋白的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)其中5個(gè)基因的表達(dá)隨果實(shí)成熟過(guò)程上調(diào)較