擬南芥和水稻中mrs2和Shaker基因家族的系統(tǒng)發(fā)生比較分析.pdf

1、mrs2(mitochondrial RNA splicing2)基因是植物線粒體中Ⅱ類(lèi)內(nèi)含子自我剪接缺陷的抑制基因，其產(chǎn)物mrs2p(the mrs2 gene product)是線粒體的內(nèi)膜整合蛋白，同時(shí)參與了植物中鎂離子的運(yùn)輸。Shaker通道基因編碼的通道蛋白(channel protein)參與植物中鉀離子(K+)的運(yùn)輸與分配，是植物體內(nèi)K十運(yùn)輸體系中的一種膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(membrane transport protein)。

2、 本研究根據(jù)擬南芥和水稻中這2個(gè)基因家族的基本結(jié)構(gòu)特征，在基因組水平上進(jìn)行了比較系統(tǒng)發(fā)生分析。根據(jù)HMM模型的方法，在基因組水平上鑒定出這些基因家族的全部基因，獲得其編碼的蛋白序列。對(duì)于相應(yīng)的基因家族，通過(guò)系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)的重建，研明這些基因家族在單一雙子葉模式植物中的進(jìn)化規(guī)律。通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)域的保守性序列分析，揭示其結(jié)構(gòu)域的基本序列特征。利用MEME軟件鑒定每個(gè)基因家族成員所編碼蛋白質(zhì)的保守性基序，研明同一基因家族內(nèi)除結(jié)構(gòu)域之外的保守性

3、序列。利用K-Estimator軟件分析旁系同源基因的Ka（非同義替換率)和Ks(同義替換率)，揭示重復(fù)基因在基因分離之后所經(jīng)歷的環(huán)境選擇壓力，并進(jìn)一步揭示其分子進(jìn)化的基礎(chǔ)。最后在NCBI的數(shù)據(jù)庫(kù)中查找了這些基因的EST表達(dá)序列，初步探究這些基因家族成員的表達(dá)規(guī)律。主要結(jié)果如下： (1)分別在擬南芥中查找到11個(gè)mrs2基因和9個(gè)Shaker基因，在水稻中查找到9個(gè)mrs2基因和11個(gè)Shaker基因，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)將mrs2蛋

4、白和Shaker蛋白分別分成2個(gè)組，每個(gè)組里都包含至少1個(gè)擬南芥和水稻的該家族基因，說(shuō)明這兩個(gè)基因家族的主要特征在擬南芥和水稻分離之前已經(jīng)形成。同時(shí)在mrs2蛋白家族中發(fā)現(xiàn)1對(duì)直系同源蛋白和6對(duì)旁系同源蛋白，在Shaker通道蛋白家族中發(fā)現(xiàn)2對(duì)直系同源蛋白和4對(duì)旁系同源蛋白，說(shuō)明這2個(gè)基因家族在擬南芥和水稻中分別進(jìn)行了物種特異性擴(kuò)張。 (2)在所有mrs2蛋白都包含了保守的MRS2結(jié)構(gòu)域，所有Shaker蛋白中都鑒定出Ion t

5、rans結(jié)構(gòu)域和CNB結(jié)構(gòu)域。MEME分析表明植物的mrs2蛋白和Shaker通道蛋白都具有高度保守的基序，并且在各蛋白質(zhì)家族中的排列順序也大致相似。 (3)通過(guò)計(jì)算旁系同源蛋白對(duì)應(yīng)編碼區(qū)段的非同義替換率與同義替換率的比值(Ka/Ks)，發(fā)現(xiàn)基序和結(jié)構(gòu)域以外區(qū)段的Ka/Ks值較大，表明基序和結(jié)構(gòu)域以外區(qū)段的進(jìn)化速度相對(duì)較快，這些區(qū)域發(fā)生了正向選擇。而基序和結(jié)構(gòu)域所在的區(qū)段的Ka/Ks值明顯小于其它區(qū)段，有的甚至等于零，說(shuō)明這些區(qū)

6、段經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的純化選擇。 (4)mrs2基因在擬南芥和水稻中的表達(dá)主要集中在花、根、葉等器官，一大半的Shaker基因在擬南芥和水稻中的表達(dá)主要集中在花、根、莖、芽等器官。這些基因在擬南芥和水稻中的部分表達(dá)上保持了一致性。在擬南芥中近一半的mrs2基因和Shaker基因可在角果中表達(dá)，而在水稻中mrs2基因的表達(dá)還集中在芽和愈傷組織。說(shuō)明mrs2基因和Shaker基因在擬南芥和水稻中都出現(xiàn)了組織特異性表達(dá)。 這些結(jié)果為