蒺藜苜蓿与鹰嘴豆AAAP基因家族的全基因组分析

发布时间：2020-07-18 10:32

【摘要】：AAAP(Amino acid/auxin permease)家族是一类氨基酸转运体,它们广泛分布在生物体中,参与植物长距离转运氨基酸的过程,并且与植物的生长发育和胁迫应答有着密切的关系。豆科植物是极为重要的经济作物,在世界范围内广泛种植,是人类摄取植物蛋白的来源之一。蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)是豆科植物的模式植物,因其具有基因组简单、遗传转化效率高等特点,常用于豆科植物的基因组学研究。鹰嘴豆(Cicer arietinum L.)是优良的豆科作物,营养丰富,耐旱性极强且具有耐瘠薄的特性,对开发利用贫瘠土地具有现实意义。本研究以蒺藜苜蓿和鹰嘴豆的基因组序列信息为基础,利用生物信息学方法,通过系统进化、基因结构、保守结构域等分析,系统性地预测蒺藜苜蓿和鹰嘴豆AAAP家族的特点和功能,主要研究结果如下:1.确定了86个蒺藜苜蓿AAAP家族成员以及70个鹰嘴豆AAAP家族成员的基本信息和理化特征,包括开放读码框长度、氨基酸长度、等电点、分子质量、平均亲水系数、内含子与外显子的数量等。2.通过进一步分析它们的系统发育关系、保守结构域特征以及基因结构特点,分别将蒺藜苜蓿和鹰嘴豆的AAAP家族成员分为8个不同的亚家族(AAP、LHT、GAT、AUX、ProT、ANT、ATLa、ATLb),并分析其进化关系。3.通过染色体定位分析,AAAP基因家族成员在蒺藜苜蓿和鹰嘴豆的8条染色体上均有定位,但分布并不均匀,其中蒺藜苜蓿的AAAP基因家族成员在2号染色体分布数量最少,3号染色体分布数量最高,鹰嘴豆在1号染色体分布数量最少,4号染色体分布数量最高。4.通过复制事件分析发现,AAAP基因家族在染色体中大量复制。在蒺藜苜蓿中,有52.3%(45/86)的基因发生了复制事件,19个基因对发生片段重复,还有21个基因对显示出串联重复事件。而在鹰嘴豆中,有60%(42/70)的基因发生了复制事件,其中有15个基因对发生片段重复,和20个基因串联重复事件。5.进一步分析这些重复基因对的同义替换和非同义替换比值,AAAP基因在蒺藜苜蓿中的Ka/Ks主要集中在0.3以下,而在鹰嘴豆中的Ka/Ks有0.2和0.9两个集中域。说明AAAP基因家族成员在进化过程中主要受纯化选择影响,具有十分重要的生物学功能。6.通过分析RNA-seq数据发现,蒺藜苜蓿和鹰嘴豆中的AAAP基因表达量在多种非生物胁迫下差异显著,且在不同的植物组织中具有不同的表达响应,表明AAAP成员在蒺藜苜蓿和鹰嘴豆的发育调节和应激反应过程中具有重要的作用。同时,使用荧光定量PCR验证并进一步分析了随机筛选的16个蒺藜苜蓿的AAAP基因在非生物胁迫下的表达。
【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】：2019
【分类号】：Q943.2;S529
【图文】：

定系数在 40 以上，提示多数 MtAAAP 家族成员蛋白构成较为稳定，具究的价值。 蒺藜苜蓿 AAAP 家族的系统进化分析蒺藜苜蓿中 AAAP 基因家族成员与拟南芥中 AAAP 家族成员的比对结，使用软件 ClustalW2 和 MEGA7.0 对 86 个蒺藜苜蓿 AAAP 基因家族化树进行系统进化分析。如图 2-1 所示，该家族基因可分为八个亚家族渗透酶亚家族（AAP）、赖氨酸和组氨酸转运体亚家族（LHT）、γ-氨基亚家族（GAT）、生长素转运体亚家族（AUX）、脯氨酸转运体亚家族（Pro以及中性氨基酸转运体亚家族（ANT）和类氨基酸转运体亚家族（又 和 ATLb），这与前人的研究结果相符[37, 41, 42]。

同一个亚家族的成员之间在基因的结构上也存在一定的差异，如特结构的 MtAAAP4 和在 3’-UTR 中具有不同结构的 MtAAAP75。基因明，蒺藜苜蓿 AAAP 基因家族的基因结构较为多样化，这可能预示着化趋势和多样化的基因功能，同时，外显子和内含子在同一个亚家族中保守，这可能表明同一个亚家族的成员有着密切的进化关系。

在蒺藜苜蓿中 AAAP 基因家族的位置和数量相对保守，预示着同一个亚，也有一些成员的跨膜结构域有很大区AP78，跨膜结构域的数量较少，预示着它不同成员跨膜结构域的数量、长度和氨基 亚家族成员为例，对 LHT 亚家族成员的 2-6 所示，可以清楚的看到，LHT 亚家族结构域，即 Motif2、11、3、4 和 6。跨膜个或 10 个跨膜结构（MtAAAP1 和 MtAA膜结构域定位在 LHT 亚家族的保守结构跨膜结构区 4 和跨膜结构区 5 位于 Motif 区 7。跨膜结构区 8 和跨膜结构区 10，果说明跨膜结构域的构成与基因功能有着与基因功能的直接联系。

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本文编号：2760767