串珠藻目植物rbcL基因的适应性进化分析

发布时间：2019-09-22 03:58

【摘要】：淡水红藻是藻类植物进化中的一个重要类群,其中最主要的类群是串珠藻目。核酮糖1,5二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种既负责碳同化又引发光呼吸,在植物光合作用中起重要作用的酶,其催化固定CO_2的活性中心位于Rubisco大亚基,由叶绿体rbcL基因编码。为了探究串珠藻目植物适应特殊生存环境的分子水平机制,本文选取了串珠藻目及一些相近类群淡水红藻的rbcL基因39条,利用PAML4.8软件,运行位点模型、分支模型及分支-位点模型,对选取类群的rbcL基因进行了适应性进化分析。结果表明:(1)通过最大似然法构建的系统发育树显示,所有内类群聚集为6个分支,其中,分支A为暗紫红毛菜,分支B为胶串珠藻,分支C为扁圆串珠藻,后验概率同样为100%,分支D为熊野藻属,分支E为连珠藻属,分支F为弧形西斯藻;(2)分支-位点模型中,在3个分支中分别鉴定出350S、277L和280L为正选择位点;(3)在构建出的Rubisco大亚基的参考三维模型中,277L和280L位于Rubisco大亚基羧基末端保守的8个α螺旋和8个β片层构成的α/β桶状结构域中第7个α螺旋和第7个β片层之间的loop结构上,350S位于羧基末端邻近α/β桶状结构域的一个α螺旋上。研究结果一方面显示了基于ω比值检验基因适应性进化的准确性和有效性,另一方面也揭示了串珠藻目植物rbcL基因确实发生了适应性进化,对串珠藻目适应特殊生存环境产生了有益的作用。
【图文】：

530海洋与湖沼48卷图1基于rbcL基因序列构建的系统发育树Fig.1PhylogenetictreeestablishedbasedontherbcLgenesequence注:节点处的数字代表最大似然法ki靴值,A、B、C、D、E、F代表选定的分支2.3正选择位点定位以胶串珠藻Batrachospermumgelatinosum(串珠藻目,串珠藻科,串珠藻属的模式种,登录号为AF029141)的rbcL序列为参考序列,基于同源建模原理预测出Rubisco大亚基的参考三维结构(图2)。经过对PDB数据库进行Blast搜索模板,得到一种喜温红藻Geldieriapartita的Rubisco三维结构(PDBID:1BWV)(Sugawaraetal,1999),相似度83.64%,符合同源建模的可靠性要求。将用于建模的序列AF029141、程序分析序列PAML(379个氨基酸位点)和模板Rubisco大亚基对应氨基酸序列用Bioedit软件进行比对,确定了被检测出的正选择位点的相对位置(图2)。运用Raswin软件(Sayleetal,1995)将正选择位点标定在构建出的Rubisco大亚基的参考三维模型中。如图3所示,被选出的正选择位点277L、280L位于Rubisco大亚基

532海洋与湖沼48卷表4LRT检验统计量Tab.4Likelihoodratiostatistics模型比较2ΔL自由度df概率P分支模型M0vs.A0.53126610.4661M0vs.B2.161810.1415M0vs.C0.213510.644M0vs.D17.673**1<0.01M0vs.E0.634710.4256M0vs.F26.709**1<0.01M0vs.G3.5568740.8015位点模型M0vs.M3158.70**4<0.01M1avs.M2a0.0000621M7vs.M80.0075721分支-位点模型avs.a07.61**1<0.01bvs.b0011cvs.c00.0110.92dvs.d0011evs.e0011fvs.f05.96*10.01注:*显著,P<5%;**极显著,P<1%图2胶串珠藻(AF029141)Rubisco大亚基参考三维结构Fig.2Referencethree-dimensionalstructureofRubiscolargesubunitsofBatrachospermumgelatinosum(AF029141)注:正选择位点在图中用白色圆圈标出羧基末端保守的8个α螺旋和8个β片层构成的α/β桶状结构域中第7个α螺旋和第7个β片层之间的loop结构上,350S位于羧基末端邻近α/β桶状结构域的一个α螺旋上。图3Rubisco大亚基氨基酸序列对位排列Fig.3AlignmentoftheaminoacidsequenceofRubisco注:对应氨基酸下方箭头表示对应的Rubisco的二级结构。图中字母第一行代表PAML序列,第二行代表模板序列,第三行代表本文建模序列3讨论被选出的正选择位点277L、280L位于Rubisco大亚基羧基末端活性中心区域,350S位于羧基末端邻近α/β桶状结构域的一个α螺旋上。已有研究表明Rubisco的一个大亚基和一个小亚基组成的二聚体是该酶最小的功能单位,小亚基氨基端的功能结构域由5个β折叠和相邻的2个α螺旋组成(Farberetal,1990),它们和大亚基羧基端的由8个α螺旋和8个β折叠组成功能结构域组成该酶的功能活性中心(Soper
【作者单位】： 山西大学生命科学学院;
【基金】：国家自然科学基金项目,31670208号,31370239号
【分类号】：Q943.2

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本文编号：2539748