蒺藜苜蓿和鹰嘴豆WOX转录因子基因家族分析

发布时间：2020-06-15 06:19

【摘要】：蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)是一年生豆科苜蓿属的植物,基因组较小,遗传转化效率高,是完成全基因组测序的模式豆科植物。鹰嘴豆(Cicer arietinum L)我国常见的豆科植物,营养物质丰富,含有多种蛋白质、氨基酸,基因组测序已经完成。WOX转录因子家族是仅在植物中发现的特异性的转录因子家族,在植物生长发育中发挥重要作用,在非生物胁迫情况下WOX转录因子也参与作用。本研究通过生物信息学手段,发掘鉴定蒺藜苜蓿和鹰嘴豆全基因组中WOX转录因子成员,通过系统进化、基因结构、MEME蛋白基序等分析,预测蒺藜苜蓿和鹰嘴豆WOX转录因子基因家族的进化和功能,通过荧光定量PCR,分析盐胁迫下鹰嘴豆WOX转录因子基因的表达变化。主要研究结果如下:利用Pfam在线软件和HMMER在线软件,在蒺藜苜蓿基因组筛选得到14个WOX家族成员。命名MtWOX1-Mt WOX14,氨基酸数在95-590之间,在鹰嘴豆全基因组筛选得到17个WOX转录因子家族成员。命名Car WOX1-CarWOX17,氨基酸数在184-408之间。1.利用软件ClustalW2和MEGA6.0分别对蒺藜苜蓿和鹰嘴豆WOX转录因子家族进行系统进化分析,结果显示,该家族基因可分为三类,分别为:古代进化支,中间进化支,现代进化支。2.利用在线软件GSDS,分析WOX基因家族在蒺藜苜蓿和鹰嘴豆中的内含子、外显子结构。结果显示,进化树分支结构与蒺藜苜蓿-拟南芥进化树的分支结构高度一致,且该家族成员的古代进化支和中间进化支成员的外显子结构都较为简单,仅包含2-3个外显子,现代进化支成员的基因结构要复杂一些,外显子个数2-7个不等。鹰嘴豆中同一亚族中内含子数目相对比较保守,不同亚族间的内含子数目存在差异,相同进化支中成员内含子、外显子组织结构具有一定的相似性。古代进化支到现代进化支中CDS区呈扩增趋势。这说明WOX基因家族在进化过程中功能呈多样性。3.利用MEME软件对该家族成员的保守元件进行分析,蒺藜苜蓿除Mt WOX10基因外,其他成员皆含有motif1和motif2保守元件,每个进化支的保守元件所在位置和保守元件种类呈高度相似。17条鹰嘴豆WOX蛋白序列皆包含保守元件motif1和motif3,且不同进化支含有不同结构的保守元件。4.利用荧光定量PCR对鹰嘴豆6条WOX基因在盐胁迫下的表达情况进行分析。结果表明,根中CarWOX3、CarWOX5、Car WOX7和CarWOX11转录因子的表达上调。Car WOX7表达显著,叶中Car WOX3、CarWOX4、CarWOX5转录因子的整体表达水平较低,CarWOX7、CarWOX11和CarWOX14表达上调。且CarWOX14在盐胁迫24h时表达水平达到峰值,表达上调增加8倍,在整个盐胁迫处理过程中,WOX基因整体表达水平呈上升趋势。
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2
【图文】：

第 2 章 蒺藜苜蓿 WOX 转录因子基因发掘和鉴定所示，该家族基因可分为三类，分别为：古代进化枝（MtWOX9、MtWOX进化枝（MtWOX4、MtWOX7、MtWOX10），现代进化枝（MtWOX1、MtWOOX3、MtWOX6、MtWOX8、MtWOX12、MtWOX13、MtWOX14）。前人研代进化支包含藻类和苔藓类中 WOX 基因序列，中间进化支除了包含维地衣中 WOX 基因序列外，还包含开花植物中的 WOX 基因序列，现代包含开花植物 WOX 基因的序列[19]。可见从低等植物到高等植物，都X 基因，且古代支家族成员起源最早，古代支扩增后分化成中间进化支和支，研究还发现现代进化支的家族成员除包含 WOX 结构域外，还拥有 结构域[67]。WUS 结构域对于拟南芥 WUS 蛋白在茎尖分生组织中干细和花器官模式形成的发挥功能是非常有必要的[68]。可以推测 WUS 功能结藜苜蓿组织发育过程也会起到重要的调控作用。

哈尔滨师范大学硕士学位论文苜蓿-拟南芥进化树的分支结构高度一致，且该家族成员的古代进化支和中间进化支成员的外显子结构都较为简单，仅包含 2-3 个外显子， 现代进化支成员的基因结构要复杂一些，外显子个数 2-7 个不等，这也从侧面说明现代进化支呈多样性进化趋势。利用 MEME[77]软件对该家族成员的保守元件进行分析，如图 2-3 所示，除MtWOX10 基因外，其他成员皆含有 motif1 和 motif2 保守元件，且集中在 C 端，整体看来，每个进化支的保守元件所在位置和保守元件种类呈高度相似。且从图中可以看出三个分支的家族成员中，至少一条基因在N端包含有motif3保守元件，这也从侧面说明三个分支在进化关系上具有一定的保守性。

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