几种芸薹属作物APX家族基因的鉴定与序列分析

发布时间：2021-01-10 01:57

　　抗坏血酸过氧化物酶（APX）是植物体叶绿体清除H₂O₂的关键酶。为了探究芸薹属作物中APX家族基因的序列特点和表达模式,本研究利用生物信息学方法,从大白菜、甘蓝和欧洲油菜中分别鉴定出10、9和22条APX家族基因,对这41个成员序列特点、染色体分布、CDS保守域、蛋白保守结构域、蛋白三级结构和系统进化关系等进行预测分析,并通过基因表达数据库分析这些基因在高温、干旱和生物胁迫等逆境条件下的表达模式。结果表明,APX在进化树上可分为8个亚族,分散在不同的染色体上;这些APX基因拥有相对稳定的CDS保守结构域、蛋白保守结构域和三级结构,都具有过氧化物酶功能域,在peroxidase功能域的后端均含有一个螺旋结构状的保守域Motif6。APX基因的Ka/Ks值均小于1,表明APX家族基因整体上正在经历纯化选择。大部分APX1和APX2基因在受到高温胁迫时表达上调,其中BrAPX2a在大白菜的胚和胚乳中强烈响应高温胁迫,但在大白菜其他部位表达微弱,存在一定的表达组织特异性。APX3、APX4等基因对干旱和高温胁迫响应不明显;甘蓝3个APX1基因在白粉虱... 

【文章来源】：核农学报. 2020,34(09)北大核心

【文章页数】：15 页

【部分图文】：

3个芸薹属作物与拟南芥的APX基因在基因组染色体上的分布位置

为分析APX家族基因的进化特点,以拟南芥、大白菜、甘蓝和欧洲油菜共49个APX基因的蛋白序列,经MAFFT多重比对后在Mega7.0环境下以最大似然法构建了系统进化树,并分析对应APX基因的CDS保守结构域(CDS motif)、蛋白质保守结构域(protein motif)以及基因结构域(gene structure),见图2。由于同族序列在进化树上紧密的结合在一起,将进化树以BLAST比对结果进行划分,APX1组到APXTh组分别对应罗马数字Ⅰ～Ⅷ(APXSt组对应Ⅶ,APXTh组对应Ⅷ),由此将进化树分为8个亚族。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ亚族在CDS保守域的构成和排列顺序上均完全一致,且域外序列较短;在蛋白保守域的构成和排列上,除了Ⅴ亚族缺少Motif 9以外,它们的构成和排列顺序亦完全一致;在包含内含子的DNA序列上,也拥有相近的外显子-内含子结构。Ⅶ和Ⅷ亚族拥有相似的CDS保守域和蛋白保守域,Ⅷ亚族比Ⅶ亚族在CDS 保守域上多一个Motif 7,蛋白保守域在同一位置上多一个Motif 10,除此之外整体非常相似。Ⅳ亚族和Ⅵ亚族相对于其他亚族在CDS保守域和蛋白保守域上相似性较低;Ⅳ亚族的CDS保守域构成和排列较为相似,仅有BnAPX4a-r包含一个额外的Motif 9,表明Ⅳ亚族的CDS序列拥有一定的保守程度。此外,Ⅳ亚族在蛋白保守域上拥有较高的相似性,表明Ⅳ亚族在蛋白序列上拥有较高的保守程度;Ⅵ亚族在CDS保守域的构成和排列上差异较大,且Motif 7和Motif 9之间的距离差异较大,表明Ⅵ亚族CDS序列保守程度较低,但Ⅵ亚族在蛋白保守域的构成和排列上差异较小,表明Ⅵ亚族的蛋白序列保守程度较高。采用环形树状图并在树末端附上对应APX基因的蛋白三级结构预测图(图3)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ亚族在三级结构上较为相似,其中Ⅰ、Ⅱ亚族三级结构高度相似。由于BnAPX1c-r、BrAPX1c、Ⅲ亚族和Ⅴ亚族拥有少量peroxidase结构域以外的冗余序列,它们相比其他序列结构稍微复杂一些。Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ亚族在空间结构上拥有更大的空间深度,由于在peroxidase结构以外拥有大量冗余序列,这些蛋白也含有更多的不规则卷曲。此外,所有APX蛋白均不含跨膜结构域。

由图3可知,几乎所有的APX基因都含有Motif 6, 而Motif 6不属于peroxidase结构域,却普遍存在于APX蛋白中,且高度保守,在三级结构上呈稳定的螺旋结构。本研究以BrAPX1为例,将该蛋白拆分出peroxidase结构域和Motif 6保守结构域,peroxidase结构域三级结构保守,普遍含有10个螺旋结构,无跨膜域;而在APX蛋白的末端普遍含有一个四周半的螺旋结构与Motif 6所在区域对应(图4),且该区域序列经BLAST比对仅能比对到自身的同源基因。综上,Motif 6 所在区域序列很有可能是区分APX基因和其他含有peroxidase结构域的基因的特征序列,但相关结论仍需要大量试验进行证实。2.4 共线性分析和Ka/Ks进化指数分析


本文编号：2967832