部分野生稻中查爾酮異構(gòu)酶基因家族的分子進(jìn)化.pdf

1、野生稻具有豐富的遺傳多樣性，對(duì)許多常見病害以及逆境等都具有抗性和耐受性，加之較為清晰的譜系關(guān)系，使它們成為提升水稻品質(zhì)和解決進(jìn)化問題的雙重研究模式體系。類黃酮類化合物不僅增加植物的色彩并且在諸如保護(hù)植物免受紫外線和病原體侵害、調(diào)控植物的雄性育性等植物的防御和發(fā)育過程發(fā)揮重要的作用。查爾酮異構(gòu)酶（Chalcone isomerase,CHI,EC5.5.1.6)是類黃酮合成途徑的關(guān)鍵酶，催化查爾酮分子內(nèi)環(huán)化，是類黃酮合成的限速酶，隸屬查爾

2、酮異構(gòu)酶基因家族。盡管作為典型的催化酶，針對(duì)查爾酮異構(gòu)酶本身的研究非常豐富，但對(duì)其整個(gè)基因家族在不同植物類群中的組成、起源和復(fù)制歷史以及在多倍體中的進(jìn)化規(guī)律等卻少有涉及。本文通過對(duì)藥用野生稻O.officinalis轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序和深入查詢，綜合生物信息學(xué)手段闡明查爾酮異構(gòu)酶基因家族成員在野生稻二倍體中的分子進(jìn)化特點(diǎn)；同時(shí)通過對(duì)野生稻中具CCDD基因組異源多倍體中高度同源的CHI家族成員Ochi4和Ochi5基因進(jìn)化規(guī)律的研究，揭示出倍增

3、基因在野生稻多倍體中的核苷酸多樣性、進(jìn)化動(dòng)態(tài)和表達(dá)偏好。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　一、通過對(duì)藥用野生稻O.officinalis轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序和生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)查爾酮異構(gòu)酶基因家族在野生稻二倍體中至少包括5個(gè)成員，其中3個(gè)被認(rèn)為和脂肪酸結(jié)合蛋白有關(guān)；同時(shí)研究也發(fā)現(xiàn)成員Ochi4與Ochi5無論是在核苷酸水平、蛋白質(zhì)理化性質(zhì)以及蛋白結(jié)構(gòu)上都高度相似。進(jìn)一步的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，CHI基因家族的起源古老，最初的起源可以追溯到早期陸生植物

4、的祖先種內(nèi)。
　　二、通過大范圍分子克隆和測(cè)序分析，對(duì)具有CCDD基因組的3個(gè)物種，O.alta、O.grandiglumis和O.latifolia的9個(gè)樣品的Ochi4和Ochi5基因的進(jìn)化規(guī)律進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，兩個(gè)查爾酮異構(gòu)酶家族成員Ochi4和Ochi5在3個(gè)物種的DNA水平上體現(xiàn)出基本一致的進(jìn)化規(guī)律。首先，它們都隨著物種基因組的加倍發(fā)生了倍增，多倍體內(nèi)都同時(shí)出現(xiàn)了來自雙親基因組類型的倍增組分。其次，倍增組分均體現(xiàn)

5、出長(zhǎng)度多態(tài)性，相對(duì)C基因組來源組分，D基因組來源的組分在第三個(gè)內(nèi)含子均有不同長(zhǎng)度的片段插入。最后，倍增組分在彼此的進(jìn)化動(dòng)力上也呈現(xiàn)類似的進(jìn)化趨勢(shì)，即均是D基因組類型具有較高的核苷酸多樣性。但是，在mRNA水平，Ochi4和Ochi5卻顯示出不一樣的表達(dá)模式。其中基因Ochi4在三個(gè)物種中采用倍增基因分化表達(dá)的方式，物種O.alta，O.grandiglumis選擇表達(dá)來自C基因組的類型，而物種O.latifolia則選擇表達(dá)來自D基因組