蔷薇科物种VQ基因家族的全基因组鉴定及森林草莓中WRKY-VQ互作蛋白的预测

发布时间：2020-08-24 19:38

【摘要】：蔷薇科物种有着重要的经济价值,包含了许多重要的果树和观赏性植物,比如草莓、黑树莓、苹果、梨、桃和玫瑰。然而果树的栽培过程中,经常会遭受各种各样的逆境胁迫,比如干旱、低温和病害,严重影响了果树的生长发育和果实品质。研究表明,VQ蛋白是一类高度保守的蛋白质家族,它能够与WRKY蛋白相互作用,共同调节植物的生长、发育以及植物应对生物和非生物胁迫反应,调控相应功能基因的表达,提高植物抗逆性。目前在蔷薇科植物中,VQ基因家族系统性研究比较少。随着蔷薇科物种黑树莓、苹果、西洋梨、桃、梅以及草莓六个草莓属物种的测序完成,使我们对VQ基因家族的研究成为了可能。本文主要的研究内容以及研究结果如下:1、以蔷薇科六个物种(黑树莓、森林草莓、梅、桃、西洋梨和苹果)为研究对象,通过生物信息学的方法,鉴定了蔷薇科六个物种中的VQ基因,并且分析了蔷薇科六个物种中VQ基因的复制事件以及在进化过程中的选择压。结果表明,总共192个VQ基因被鉴定,其中23个黑树莓VQ基因,23个森林草莓VQ基因,25个梅VQ基因,26个桃VQ基因,46个西洋梨VQ基因以及49个苹果VQ基因。通过系统进化树,我们把这些VQ基因分成了 14个支系,表明了这六个物种分化之前至少存在14个祖先基因。在进化过程中,蔷薇科六个物种的VQ基因共发现了 89次基因复制事件。另外,大部分VQ基因对的Ka/Ks比值小于1,表明了蔷薇科六个物种的VQ基因在进化过程中主要受到负选择作用。2、以草莓属六个物种(日本草莓、饭沼草莓、东方草莓、森林草莓、西藏草莓和凤梨草莓)为研究对象,通过生物信息学的方法,验证了草莓属其中五个物种中(除森林草莓)的VQ基因,并且分析了草莓属六个物种VQ基因的进化关系、结构域、基因结构、顺式元件,以及森林草莓中VQ基因的表达水平。研究结果显示,在草莓属五个物种中总共鉴定出了1 111个VQ基因,包括19个日本草莓VQ基因,21个饭沼草莓VQ基因,23个东方草莓VQ基因,23个西藏草莓VQ基因,以及25个凤梨草莓VQ基因。通过进化树分析,我们把这些VQ基因分成了 15个支系,表明了这六个物种分化之前至少有15个祖先基因存在,并且我们总共发现了 28次基因复制事件。草莓属六个物种的VQ蛋白均含有保守的VQ结构域。大部分VQ基因是没有内含子的,并且每个支系中VQ蛋白基序组成也较为相似。大部分VQ基因对的Ka/Ks比值小于1,表明了草莓属六个物种的VQ基因在进化过程中主要受到负选择作用。在顺式元件的分析中,我们总共发现了四种类型的顺式元件,为进一步研究植物胁迫反应提供了重要依据。另外,森林草莓中的VQ蛋白在被检测的组织和器官中的表达水平具有不同的表达模式。3、首先,我们在森林草莓的全基因组中鉴定出了 58个WRKY基因。然后,根据拟南芥的WRKY-VQ互作蛋白信息,利用直系同源基因的方法,在森林草莓中预测出了 9对WRKY-VQ互作蛋白。通过分析森林草莓中WRKY-VQ互作蛋白在不同组织、器官以及不同发育阶段的表达数据,发现大部分互作蛋白之间有相似的表达趋势。此外,我们计算了其皮尔逊相关系数,发现FvVQ17/FvWRKY8、FvVQl/FvWRKY36和FvVQ1/FvWRKY8这三个互作蛋白对的表达水平显著相关,表明这三对互作蛋白在功能上比较保守。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S668.4
【图文】：

物种,基因数量,内含子,基因

２．１邋ＶＱ基因在不同物种中的分布逡逑为了说明ＶＱ基因家族在不同物种之间的进化以及分布，我们构建了一个物种进逡逑化树（图２－］、表２－丨ｓ）。在酿酒酵母、红藻和莱茵衣藻中并没有发现有ＶＱ基因。然逡逑而在小立碗藓等高等植物中都有一定数量的ＶＱ基因。这个结果说明ＶＱ基因家族可逡逑能只存在于高等植物中。在这１９个物种当中，ＶＱ基因密度最大是拟南芥逡逑（０．２５１９ｎｕｍｂｅｒ／Ｍｂ），其次是番木瓜（０．１８５２ｎｕｍｂｅｒ／Ｍｂ）。密度最小的是无油樟逡逑（０．０２０１ｎｕｍｂｅｒ／Ｍｂ），其次是江南卷柏（０．０３２９ｎｕｍｂｅｒ／Ｍｂ）。另外，在高等植物的每逡逑个物种中，拥有内含子的ＶＱ基因个数也被统计。大体上看，每个物种中都有少量的逡逑ＶＱ基因包含内含子。在江南卷柏中

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以拟南芥ＶＱ蛋白序列用Ｂ１0ＥｃＨｔ软件对蔷薇科六个物种的基因组数据分别逡逑ＢＬＡＳＴＰ比对，通过Ｐｆａｍ网站验证后，黑树莓、森林草莓、梅、桃、西洋梨和苹果逡逑分别得到了邋２３、２３、２５、２６、４６和４９个ＶＱ基因（图２－２、表２－２ｓ）。用来描述蔷薇逡逑科六个物种ＶＱ蛋白的参数，包括蛋白序列长度、等电点和分子质量，列于附录中表逡逑２－２ｓ。蔷薇科六个物种的ＶＱ蛋白序列长度从最小的８７个氨基酸到最大的２１３２个氨逡逑基酸。同拟南芥ｔ３］、葡萄［７］和水稻［４］描述的一致，在蔷薇科六个物种中，大部分ＶＱ逡逑蛋白长度小于３００个氨基酸。另外，等电点的范围从４．２１到１１．４２，分子质量从１０１０４．９１逡逑到２４１２１３．４５道尔顿。逡逑Ｇｅｎｅ邋Ａｖｅｒａｇｅ邋Ｄｕｐｌｉｃａｔｉｏｎ逡逑ｎｕｍｂｅｒ邋ＯＲＦ邋（ａａ）逦ｔｉｍｅｓ逡逑ｑ逦ＱＡ逡逑＾逦逦Ｒｏｂｕｓ邋ｏｃｃｉｄｅｎｔａｌｉｓ逦２３逦２２５．９６逦７逡逑Ｒｏｓｏｉｄｅａｅ逦Ａ逡逑逦Ａ逦，逡逑逦Ｆｒａｇａｒｉａ邋ｖｅｓｃａ逦２３逦２６７．６１逦６逡逑逦（５）逦—＾逦Ｐｒｕｎｕｓ邋ｍｕｍｅ逦２５逦２１２．５６逦８逡逑Ｐｒｕｎｉｄｅａｅ逡逑逦逦逦Ｐｒｕｎｕｓ邋ｐｅｒｓｉｃａ逦２６逦２４２．８１逦８逡逑—ＰｙｒＵＳ邋ｃｏｍｍｏｎ

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ａｎｄ邋ｒｅｄ邋ｃｉｒｃｌｅｓ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．邋Ｔｈｅ邋ｇｒａｐｅ邋ＶＱ邋ｇｅｎｅｓ邋ａｓ邋ｏｕｔｇｒｏｕｐ邋ａｒｅ邋ｓｈｏｗｎ邋ａｓ邋ａ邋ｇｒｅｅｎ邋ｃｉｒｃｌｅｓ．邋Ｅａｃｈ邋ｃｌａｄｅ逡逑ｉｓ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｌｏｒｓ．逡逑统计了每个物种在每个支系中的ＶＱ基因的复制事件和缺失事件（图２－２、图２－３、图逡逑２－ｌｓ）。在蔷薇科六个物种分化前，ＶＱ基因共进行了邋４次复制事件，分别在Ｃｌａｄｅ邋１、逡逑２５逡逑

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