蘋果基因組中F-box基因家族的鑒定及分析.pdf

1、F-box蛋白家族的特征是包含至少一個由40-50個保守氨基酸組成的F-box結(jié)構(gòu)域。F-box蛋白是植物泛素酶體的重要組成部分，通過泛素化途徑參與到多種細(xì)胞通路，比如花器官發(fā)育、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫響應(yīng)等重要的生理過程。在基因組范圍內(nèi)鑒定和分析F-box編碼基因?qū)ν诰蚧颉⒀芯炕蚬δ艿扔兄匾饬x。蘋果是一類重要的經(jīng)濟(jì)作物，目前對于蘋果F-box編碼基因的研究較少。本研究通過BLAST和隱馬爾可夫模型搜索等方法，在蘋果基因組內(nèi)鑒定出517條

2、F-box編碼基因，根據(jù)這些基因編碼蛋白包含的其他功能結(jié)構(gòu)域，將這些F-box蛋白進(jìn)行功能分組，并對這些基因的染色體定位、表達(dá)模式、脅迫響應(yīng)等進(jìn)行了分析，為闡明F-box基因在蘋果中的功能提供更多的信息。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用兩種方法及兩層篩選在蘋果基因組中鑒定得到517條F-box編碼基因。
　　利用擬南芥、水稻和玉米的F-box基因序列對蘋果基因組進(jìn)行本地BLAST，為了不漏掉可能的蛋白并兼顧可信度，將E值界

3、限設(shè)為0.001，對小于或等于此E值的條目作為候選F-box編碼基因;另外，利用包含F(xiàn)-box結(jié)構(gòu)域序列特征的隱馬爾可夫模型掃描蘋果全基因組，將得到的條目也作為候選F-box編碼基因。將上述兩種方法得到的3000多條基因提交到Interpro數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行驗證以確定F-box結(jié)構(gòu)域的存在，最終得到517條蘋果F-box編碼基因。
　　(2)根據(jù)F-box蛋白所包含的功能結(jié)構(gòu)域?qū)⑻O果F-box家族分為12個組。
　　除F-box

4、結(jié)構(gòu)域，F(xiàn)-box蛋白通常還包含一個或幾個其他功能結(jié)構(gòu)域，比如半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域、Kelch結(jié)構(gòu)域等，根據(jù)這些結(jié)構(gòu)域，將蘋果517條F-box蛋白分為12個組。與其他植物中F-box家族研究不同，本研究首次將半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域作為一個單獨的功能結(jié)構(gòu)域進(jìn)行分析，對包含該結(jié)構(gòu)域的F-box蛋白，根據(jù)其是否也含有Kelch結(jié)構(gòu)域，將這些蛋白分在FBKG組(F-box Kelch Galactose Oxidase)或FBG組(F-box Ga

5、lactose Oxidase)中。
　　(3)蘋果F-box蛋白中F-box結(jié)構(gòu)域保守氨基酸特征分析。
　　將蘋果F-box結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列提交到MEME網(wǎng)站進(jìn)行分析，得到一個40個氨基酸長度的序列l(wèi)ogo，結(jié)果分析表明，出現(xiàn)在第4、5、27和31位的亮氨酸、脯氨酸、纈氨酸和色氨酸殘基在蘋果F-box蛋白家族中高度保守，第13、16、17、28、29和40位，分別出現(xiàn)亮氨酸（苯丙氨酸）、亮氨酸（纈氨酸）、脯氨酸、半胱氨酸

6、（絲氨酸）、賴氨酸（精氨酸）及苯丙氨酸（亮氨酸）的概率比較大。
　　(4)蘋果F-box基因家族成員在染色體上的定位分析。
　　根據(jù)發(fā)布的蘋果基因組，鑒定得到的517條蘋果F-box編碼基因中，有492條基因成功地定位到蘋果全部17條染色體上。將相似度大于70％且出現(xiàn)在同一基因簇中的基因定義為串聯(lián)重復(fù)基因，染色體定位結(jié)果顯示蘋果F-box基因在蘋果基因組中有串聯(lián)重復(fù)現(xiàn)象;除此之外，大量的F-box編碼基因集中出現(xiàn)在基因組的同

7、源區(qū)域內(nèi)，而這些同源區(qū)是由蘋果基因組倍增導(dǎo)致的，說明蘋果F-box基因家族擴(kuò)張主要是通過基因在染色體內(nèi)串聯(lián)重復(fù)及基因組倍增事件來實現(xiàn)的。
　　(5)蘋果F-box基因家族器官特異性表達(dá)分析。
　　為了分析F-box基因成員在蘋果不同器官中的表達(dá)情況，我們將從GEO數(shù)據(jù)庫獲得的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與F-box編碼基因進(jìn)行匹配，獲得了蘋果F-box基因的表達(dá)數(shù)據(jù)。根據(jù)F-box編碼基因在各器官中的表達(dá)不同，通過聚類分析，將517個蘋果F-

8、box基因分為7個組，每一組有相似的器官特異性表達(dá)。隨機(jī)挑選了10個F-box編碼基因，利用qRT-PCR技術(shù)對其在各個器官中的表達(dá)量進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示，大部分的F-box基因的表達(dá)趨勢與從GEO獲得的表達(dá)譜中的數(shù)據(jù)相吻合，說明轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可信。
　　(6)包含半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域的F-box編碼基因的器官特異性表達(dá)模式分析。
　　為了研究包含半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域的F-box編碼基因在蘋果各個器官中表達(dá)的特異性，從轉(zhuǎn)錄組中得到這

9、些基因的表達(dá)數(shù)據(jù)，根據(jù)在各器官中的表達(dá)不同對基因進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明，含有半乳糖氧化酶結(jié)構(gòu)域的F-box編碼基因在種子、苗、花和果實中有較高的表達(dá)，暗示著含有該結(jié)構(gòu)域的F-box蛋白在這些器官中發(fā)揮重要作用。
　　(7)蘋果F-box基因參與果實成熟及非生物脅迫響應(yīng)。
　　為了研究蘋果F-box基因在果實成熟過程中的作用，利用果實成熟轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析了蘋果F-box家族蛋白的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)其中5個基因的表達(dá)隨果實成熟過程上調(diào)較