P34功能轉(zhuǎn)變和豆科植物重要性狀的分子進(jìn)化研究.pdf

1、豆科植物是被子植物中的第三大科，分布廣泛，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛種植。它具有根瘤固氮特性，種子中富含油分和蛋白質(zhì)，以及生物堿和類黃酮等次級代謝產(chǎn)物，具有極高的經(jīng)濟(jì)價值。因此，開展豆科植物研究具有理論與應(yīng)用價值。全基因組復(fù)制是基因和物種進(jìn)化的重要動力。業(yè)已表明，在豆科植物形成后不久，大多數(shù)豆科植物基因組在5800萬年前經(jīng)歷了一次全基因組復(fù)制。P34是一種致過敏性最強(qiáng)的大豆儲藏蛋白，也可能是參與植物防御反應(yīng)的丁香交酯受體，而先前的研究卻表明P34

2、的祖先可能是一種半胱氨酸蛋白酶。由此，有理由猜測這次全基因組復(fù)制對豆科植物基因功能和眾多特性的進(jìn)化產(chǎn)生重要影響。本研究首先分析P34功能轉(zhuǎn)變的進(jìn)化細(xì)節(jié)，以了解新基因形成的進(jìn)化規(guī)律;其次在全基因組水平上分析這次豆科植物復(fù)制基因的進(jìn)化特征，進(jìn)而探索其與豆科植物重要特性間的關(guān)聯(lián)。其主要結(jié)果如下：
　　 ⑴利用共線性網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫搜索P34的同源序列，與SPE31一起構(gòu)建基因樹;結(jié)合基因表達(dá)和三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析P34的進(jìn)化機(jī)制。結(jié)果表明:基因

3、多次復(fù)制、外顯子重排及其導(dǎo)致的granulin結(jié)構(gòu)域丟失和一些重要位點突變同P34功能轉(zhuǎn)變相關(guān)聯(lián)。盡管一些測驗支持了正選擇的存在，但同功能轉(zhuǎn)變有關(guān)的位點并未檢測到正選擇，說明新功能可能是中性選擇和隨機(jī)固定的結(jié)果。此外，發(fā)現(xiàn)Glyma08g12340和Medtr8g086470是木瓜蛋白酶的新亞家族。本章介紹了一個功能轉(zhuǎn)變研究的典型案例，有助于理解儲藏蛋白和過敏原的起源;
　　 ⑵利用大豆、苜蓿、木豆和百脈根4種豆科植物和葡萄、楊

4、樹和擬南芥3種非豆科植物的所有基因，重建了7個物種基因樹，并與物種樹比較，以推斷出代表早期豆科植物全基因組復(fù)制的結(jié)點。結(jié)果表明:在不考慮分支的Bootstrap值，僅考慮基因樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況下，4種豆科植物大約共保留26.5％的復(fù)制基因，且豆科植物保留復(fù)制基因隨物種不同而異。大量復(fù)制基因間表達(dá)模式發(fā)生較大分歧。GO富集分析結(jié)果表明:豆科植物在這次全基因組復(fù)制中傾向保留響應(yīng)環(huán)境變化和負(fù)責(zé)物質(zhì)運輸?shù)膹?fù)制基因。并且發(fā)現(xiàn)許多可能和豆科植物的特