葡萄R2R3-MYB基因家族7個(gè)亞家族的分子進(jìn)化與表達(dá)分析.pdf

1、本文采用了比較基因組學(xué)和基因表達(dá)相結(jié)合的方法對(duì)植物R2R3-MYB基因家族的一個(gè)大的進(jìn)化枝（分枝Ⅰ）進(jìn)行了分析。根據(jù)已知文獻(xiàn)報(bào)道，分枝Ⅰ富含與抗逆相關(guān)的基因。
　　本文對(duì)14個(gè)物種（擬南芥、琴芥、番木瓜、楊樹、大豆、樹莓、葡萄、高粱、玉米、粟、柳枝稷、水稻、二穗短柄草、小立碗蘚）的R2R3-MYB家族基因進(jìn)行了全基因組篩選與鑒定，并進(jìn)一步篩選出共453個(gè)分枝Ⅰ基因。將分枝Ⅰ基因劃分為7個(gè)亞家族，分別命名為S1至S7。分枝Ⅰ基因廣泛

2、存在于核心真雙子葉植物、單子葉植物和苔蘚植物中。其中苔蘚植物僅存在與S1和S2亞家族中。S3亞家族僅包含擬南芥、琴芥和番木瓜。在各個(gè)亞家族中，大豆基因的含量最多，其次是楊樹和玉米?；驍?shù)量在一定程度上反應(yīng)了全基因組復(fù)制事件。系統(tǒng)發(fā)生樹顯示亞家族內(nèi)基因間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，而各亞家族之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，且支持度很低。這表明植物R2R3-MYB基因家族的進(jìn)化歷程較為復(fù)雜。通過(guò)同源搜索方式輔助分析亞家族之間的進(jìn)化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)S6與S7亞家族序

3、列相似性程度較高，S1、S2、S3、S4、S5亞家族間序列相似性程度較高。其中S1亞家族位于核心位置，它與其它亞家族的序列相似性都較高。蛋白結(jié)構(gòu)域分析支持了對(duì)各亞家族的劃分，每個(gè)亞家族均含有其特異且保守的基序。R2R3結(jié)構(gòu)域附近區(qū)域的序列分為兩大類，第一類包含S1、S2、S3、S4、S5亞家族成員，第二類包含S6和S7亞家族成員。這與同源搜索得到的亞家族之間親緣關(guān)系的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。其中S6和S7亞家族已知功能顯示其與植物抗逆性密切相關(guān)。在

4、對(duì)基因結(jié)構(gòu)與蛋白結(jié)構(gòu)域整合分析中發(fā)現(xiàn)，分枝Ⅰ基因可大致分為四種類型，分別為Ⅰ至Ⅳ。類型Ⅰ的典型結(jié)構(gòu)是含有三個(gè)外顯子，類型Ⅱ和類型Ⅲ典型結(jié)構(gòu)含有兩個(gè)外顯子，類型Ⅳ僅含一個(gè)外顯子。蛋白序列分析顯示，蛋白結(jié)構(gòu)域與基序(motif)不僅在蛋白序列中的位置保守，在外顯子中的相對(duì)位置也十分保守。以此也可確定類型Ⅱ和類型Ⅲ基因結(jié)構(gòu)與類型Ⅰ的基因結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在于第一或第二個(gè)內(nèi)含子的插入或缺失。
　　依據(jù)已發(fā)表的葡萄和擬南芥基因芯片表達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)各種

5、非生物脅迫下R2R3-MYB基因家族分枝Ⅰ所含的葡萄和擬南芥基因的表達(dá)模式進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示除了已知與非生物脅迫相關(guān)的亞家族S5、S6和S7外，其他亞家族也含有對(duì)非生物脅迫響應(yīng)的基因，且這些基因在逆境下的表達(dá)差異十分顯著。然而與S5、S6、S7亞家族基因不同的是，其他亞家族的基因往往僅對(duì)某一種非生物脅迫響應(yīng)，而S5、S6、S7亞家族基因大部分對(duì)多個(gè)逆境脅迫都有響應(yīng)。不同基因?qū)δ婢趁{迫響應(yīng)的方式也有所不同，所研究的大部分基因應(yīng)對(duì)非生物脅

6、迫表達(dá)量上調(diào)，少部分基因應(yīng)對(duì)非生物脅迫表達(dá)量下降。不同基因?qū)Σ煌婢车捻憫?yīng)方式在表達(dá)強(qiáng)度，表達(dá)時(shí)間，持續(xù)時(shí)間，及上調(diào)或下調(diào)方向上差異很大。對(duì)不同逆境同時(shí)響應(yīng)，且表達(dá)差異顯著的基因可能在植物感受逆境脅迫或響應(yīng)逆境脅迫的過(guò)程中起了十分重要的作用。這類基因包括擬南芥基因AtMYB74、AtMYB102、AtMYB15、AtMYB63、AtMYB60、AtMYB94、AtMYB96和葡萄基因GSVIVT01027811001、GSVIVT010

7、11417001、GSVIVT01008005001。此外，擬南芥的基因AtMYB40、AtMYB43、AtMYB76、AtMYB29、AtMYB13僅在一種脅迫下表達(dá)存在顯著差異，他們可能特異的參與某一種脅迫的響應(yīng)。有意思的是，AtMYB40和AtMYB43是S2亞家族的成員，而S2亞家族已知的功能是木質(zhì)素的沉積。AtMYB76和AtMYB29是S3亞家族的成員，該亞家族已知的功能是硫代葡萄糖苷合成。因此這兩個(gè)亞家族成員很有可能還涉及

8、其他的生物學(xué)功能，如抗逆。
　　在本文中，利用比較基因組學(xué)手段對(duì)基因家族進(jìn)行基因挖掘，并進(jìn)行分類及進(jìn)化分析，包括基因結(jié)構(gòu)分析與蛋白結(jié)構(gòu)域分析，這些都為基因功能的預(yù)測(cè)提供了重要的參考。結(jié)合對(duì)非生物脅迫和激素處理基因芯片的分析，可以幫助我們更好地了解基因家族的演變歷程與功能的分化。本文研究了R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子7個(gè)亞家族，他們之間的進(jìn)化關(guān)系比較復(fù)雜，但是各亞家族的基因結(jié)構(gòu)及蛋白結(jié)構(gòu)域都比較保守，每個(gè)亞家族都含有各自特異且保守的基序