玉米GRAS轉(zhuǎn)錄因子家族基因克隆與功能驗(yàn)證.pdf

1、GRAS轉(zhuǎn)錄因子家族是在植物界中高度保守的一個(gè)基因家族，在過(guò)去的幾年中，通過(guò)基因組學(xué)分析方法對(duì)GRAS家族進(jìn)行分析，揭示了17個(gè)物種中的進(jìn)化關(guān)系，在14個(gè)物種中，總共鑒定得到837條GRAS序列，其功能涉及到植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)方面，例如赤霉素GA的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、光敏色素A的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、腋芽部分分生組織的形成、根的極性生長(zhǎng)、莖頂端分生組織的維持以及雄配子體的發(fā)育等。目前已經(jīng)對(duì)水稻、擬南芥、大白菜以及梅花中的GRAS家族進(jìn)行了系統(tǒng)的生物信

2、息學(xué)分析，分別發(fā)現(xiàn)了33、57、48以及46個(gè)GRAS基因。由于玉米的實(shí)用價(jià)值以及其越來(lái)越高的科研價(jià)值，且2009年實(shí)現(xiàn)B73自交系的全基因組測(cè)序，本研究選擇對(duì)玉米中的GRAS轉(zhuǎn)錄因子家族成員進(jìn)行系統(tǒng)的生物信息學(xué)分析，并對(duì)其功能進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。但是由于玉米基因組龐大并且復(fù)雜，目前針對(duì)玉米的轉(zhuǎn)化工作仍然比較困難，本實(shí)驗(yàn)選取擬南芥（Arabidopsis thaliana）以及二穗短柄草（Brachypodium distachyon）作

3、為功能分析的模式作物。主要結(jié)果如下：
　　（1）在玉米B73生態(tài)型中共發(fā)現(xiàn)GRAS轉(zhuǎn)錄因子家族成員92個(gè)，大部分具有一個(gè)或者多個(gè)GRAS家族的保守結(jié)構(gòu)域—GRAS結(jié)構(gòu)域。GRAS轉(zhuǎn)錄因子家族的氨基酸序列有一定保守性，主要集中于C端，N端保守性較差，其中C端的保守結(jié)構(gòu)域總稱為GRAS結(jié)構(gòu)域，主要包括：Leucine Heptad Repeat I（LHR I），VHIID，Leucine Heptad Repeat II（LHR I

4、I）， PFYRE和SAW基序。
　　（2）將玉米B73中的92個(gè)GRAS蛋白與擬南芥、水稻以及高粱中的GRAS蛋白作進(jìn)化樹(shù)比對(duì)，可以將其分為8個(gè)亞家族，分別為SCL3，HAM，SCR，DELLA，SHR，PAT1和LISCL亞家族，該分類與擬南芥以及水稻等已知GRAS家族信息的分類類似。不同亞家族序列直接具有一定的相似性，在GRAS蛋白的C端都具有一個(gè)或者多個(gè)保守結(jié)構(gòu)域，被稱為GRAS結(jié)構(gòu)域，N端一般來(lái)說(shuō)相似性不高，但是DELL

5、A家族的部分成員N端具有一個(gè)DELLA結(jié)構(gòu)域，而LISCL亞家族的部分成員N端序列也存在保守結(jié)構(gòu)域，這些保守結(jié)構(gòu)域的存在可能與其亞家族的特殊功能相關(guān)。
　?。?）B73中的92個(gè)GRAS基因可以定位到玉米的10條染色體上，每條染色體上均有分布，且分布比較均一，沒(méi)有集中到一個(gè)區(qū)段的現(xiàn)象，另外，其中存在10對(duì)直系同源基因，基因序列相差較小，并且有3對(duì)基因分別集中在不同染色體的一個(gè)小區(qū)段內(nèi)，位置等均相同，有可能是由于玉米染色體區(qū)段復(fù)制形

6、成，并且復(fù)制后保守性較強(qiáng)，未發(fā)生大范圍的基因突變。
　?。?）通過(guò)對(duì)92個(gè)GRAS基因的表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，該家族成員的表達(dá)模式差別較大，可分為6個(gè)分支，每個(gè)分支的表達(dá)模式不同，選取部分基因進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證后證實(shí)該表達(dá)譜數(shù)據(jù)可信。
　?。?）分別在二穗短柄草以及擬南芥中對(duì)部分GRAS基因進(jìn)行過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)明顯的表型。在二穗短柄草中過(guò)表達(dá)ZmGRAS47和ZmGRAS84均表現(xiàn)為植株矮小，矮化程度不同，但是在擬南芥中過(guò)