植物DUF538基因家族序列与表达进化研究

论文摘要

DUF538基因家族是一类含有未知功能域的蛋白,目前已有研究表明该家族基因参与植物多个生长发育和胁迫应答过程,但DUF538基因家族在植物中的分布、系统发育关系、基因结构、序列和表达进化相关状况尚不明确。本研究对植物DUF538基因家族进行了较为全面的序列进化分析,其次利用公共数据库分析了水稻和玉米DUF538基因家族在正常与干旱下的表达进化,并通过Real-Time PCR实验分析了玉米DUF538基因家族在CaCl2胁迫下的表达进化,主要研究结果如下:1.从13种植物中鉴定了196个含保守DUF538功能域的基因,其中来自小立碗藓（Physcomitrella patens）3个,江南卷柏（Selaginella moellendorffii）5个,玉米（Zea mays）20个,水稻（Oryza sativa）14个,大麦（Hordeum vulgare）14个,毛竹（Phyllostachys heterocycla）12个,菠萝（Ananas comosus）8个,甘蓝型油菜（Brassica napus）40个,甘蓝（Brassica oleracea capitata）19个,拟南芥（Arabidopsis thaliana）13个,大豆（Glycine max）22个,雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）17个,葡萄（Vitis vinifera）9个。对多个公共数据库搜索,未在任何细菌和藻类中发现该基因家族,表明其为陆生植物所特有。2.系统发育分析显示,该家族可划分为4个亚家族（A,B,C和D）,其中A和B亚家族在单双子叶植物分化前发生了一次全基因组复制,分别产生了A1、A2和B1、B2亚家族,其中A1亚家族发生了基因数目扩张。3.蛋白基序分析显示,motif 1和motif 2是所有亚家族大部分基因所共有的保守模块,C和D亚家族含特有的motif 5和motif 6,A和B亚家族含特有motif 3。基因结构分析显示C和D亚家族大部分含有两个内含子,B亚家族大部分含有一个内含子,A亚家族大部分无内含子。4.选择压力分析显示,基于site方法,A1、A2、B1、B2、C和D各亚家族整体受纯净选择,基于branch和branch-site方法,A1亚家族中分枝a1和B2亚家族中分枝b2也受纯净选择,且未发现显著正选择位点。进一步对DUF538基因家族196个基因的序列两两比对,产生的19110个基因对中只有4个dN/dS值大于1,以上结果表明植物DUF538基因家族以受纯净选择为主。另外,文献检索受正向选择的大豆Glyma10g02180基因是抗大豆根结线虫候选基因。5.分析玉米和水稻干旱胁迫下DUF538基因家族表达量与dN/dS的关系发现,玉米与水稻的直系同源基因在玉米茎中的表达量与基因对间的dN/dS值显著负相关（根中趋近于显著负相关,叶中不显著）;在水稻中的直系同源基因对间的dN/dS值与叶中表达量不相关;在玉米和水稻中的旁系同源基因的dN/dS值与表达量不相关。这表明直系同源基因在不同物种间的功能差异不大而物种内旁系同源基因之间功能差异较大,这导致了选择压与直系同源基因和旁系同源基因的表达量有不同的相关性。6.CaCl2胁迫下,玉米DUF538基因家族在胁迫6h,12h,24h后根和叶中相对表达量的标准差与dN/dS呈显著正相关,其中Zm00001d038012T001和Zm00001d021718T001是标准差最小的2个基因,具有相对较小的dN/dS值,而标准差最大的2个基因Zm00001d033574T001和Zm00001d048987T001具有较大的dN/dS值,这表明在该基因家族中表达稳定的基因比表达差异大的基因有较强的选择压。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贾安强

导师: 刘海岚

关键词: 植物,基因家族,序列进化,表达进化,选择压

来源: 四川农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 四川农业大学

分类号: Q943.2

DOI: 10.27345/d.cnki.gsnyu.2019.000370

总页数: 65

文件大小: 7620k

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