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文献解读

集思慧远客户发表《对Streptophyte谱系进行全基因组鉴定MIKC型MADS-box基因以及表达分析揭示其在兰花种子萌发的作用》

发布日期:2019-06-27 浏览次数:92

Genome-wide identification and classification of MIKC-type MADS-box genes in Streptophyte lineages and expression analyses to reveal their role in seed germination of orchid


BMC  plant biology IF=3.93

单位:中国科学院华南植物园华南农业植物分子分析与基因改良重点实验室


摘要:

背景:MADS-box基因在植物花器官形成和植物生殖发育中起着至关重要的作用。然而,在一些有代表性的植物物种中,还没有关于MADS-box基因的全基因组鉴定和分类的信息。目前尚缺乏对兰花石斛MIKC型基因的全面研究。

结果:

在此,作者对29种物种的MADS-box蛋白进行了全基因组分析。共鉴定出1689个MADS-box蛋白.在陆生植物中发现了两种称为第一型和第二型的MADS-box基因,但在草本植物中却没有发现这两种基因。在所有被鉴定的开花植物中存在SQA、DEF/GLO、AG和SEP子家族,在裸子植物银杏中不存在SQUA,而在轮藻、苔类、苔藓或石松植物中没有发现4个子家族的基因。这有力地证实了一种观点,即花器官识别基因的克隆导致了开花植物花发育的进化。在两种兰花中有9个MIKCC基因亚家族,分别为马尾兰和蝴蝶兰,而TM8、FLC、AGL 15和AGL 12亚家族可能丢失。此外,在这两种兰花中,花器官识别基因的四个克隆显示了保守的和发散的表达模式。在D.铁皮石斛中,仅有3个MKC型基因受到冷胁迫诱导,15个MIKC型基因在种子萌发过程中表现出不同的表达水平。

结论:MIKC型基因从链霉菌系被鉴定,揭示了它们的进化和发育关系。我们的结果显示MIKC型基因在兰花种子萌发中的新角色 为兰花种子萌发的研究提供了有利的线索。


结果:

1.多种植物中MADS-box基因的鉴定

在29个物种中总共1689个MADS-box基因,包括684个I型和1001型II型MADS-box基因,以及来自绿藻门的四个MADS-box基因被鉴定。


2.链霉菌的系统发育分析、Ⅱ型(MIKC-型)基因的分类和ABCDE基因的分析

为了了解植物MIKC型基因的分类和进化,本研究对Streptophyte谱系中发现的1001个MIKC型基因进行了系统发育分析。根据全长MIKC型蛋白质序列的排列,对MIKC型成员进行系统发育重建,他们被分为MIKC*和MIKCc组。MIKCC组又分为13个主要亚家族,即AGL 6、AGL 12、AGL 15、AGL 17、SQUA、DEF/GLO、AG、SEP、TM3/SOC1、BS、SVP、FLC和TM8(图2)。


在这13个亚家族中,SQUA(A类)、DEF/GLO(B类)、AG(C/D类)和SEP(E类)亚家族基因在花发育中的关键作用众所周知。建议将花本身的进化与相应系谱的进化联系起来。如所料,从轮藻到苔藓植物和番茄红素的植物分类群没有SQUA、DEF/GLO、AG和SEP亚家族基因,它存在于所有开花的植物中,而裸子植物银杏,没有花,只包含DEF/GLO、AG和SEP亚家族基因(图3)。



3.兰花MIKC型基因的系统发育分析

对兰花中MIKC型基因的分析有助于了解兰花的形成机制,为分析兰花结构的多样性提供基础。霍山产铜皮石斛和蝴蝶兰分别鉴定出41个和34个MIKC型基因,可分为MIKC*组和MIKCC组。系统发育分析表明,两种兰花的MIKCC基因可分为9个主要亚家族(Fig. 4)。两个兰花的每个亚科的基因数目是相似的。



4.两种兰花ABCE基因的鉴定

在核心胚乳和单子叶植物以及被子植物的遗传和分子研究中,ABCE类基因的表达模式与功能之间具有很强的相关性。众所周知,ABCE功能基因在鉴定花器官(包括萼片、花瓣和雄蕊)中起着关键作用,兰花中的这些器官与其他植物有很大的不同。通过对两个重要兰属中ABCE基因表达的比较分析,有助于了解其基因功能的差异。系统发育重建结果表明,SQUA基因可分为双子叶和单子叶植物(Fig. 5A)。所有兰花SQUA基因都没有花特异性表达模式,在某些情况下(PeAGL 11-13,DoAGL 16,DoAGL 17和DoAGL 19),它们在萼片中的表达相对较低(图5A)。B类基因是建立花瓣和雄蕊身份所必需的(Fig. 5B)。从蝴蝶兰中分离出DoAGL 21和DoAGL 22,而PeAGL 17和PeAGL 18是蝴蝶兰的AG系基因(Fig. 5C)。在本研究中,SEP亚家族在兰花中可分为两类:SEP 1/2和SEP 3(图5d)。


5.石斛MIKC型基因在冷胁迫下的表达分析

低温可诱导番茄和水稻中的MADS-box基因。这促使我们表征了在D.铁皮石斛中MKC型基因的表达模式。为了分析DoAGLs在冷应激下的表达,从SARA数据库中下载铁皮石斛叶的转录组测序数据计算基因表达水平。



6.石斛MIKC基因在种子萌发过程中的转录分析

虽然MIKC基因参与了花器官发育的调控,它们与种子萌发的关系很大程度上不为人所知。分析了铁皮石斛4种种子萌发期MKC基因的表达情况。6个MIKC基因(DoAGL 10、−13、−19、−21、−25、30和−37)下调,而4个MIKC基因(DoAGL 17、−18和−32)在S2-S4中上调(图7)。


总结:

对29种植物进行了全基因组鉴定,总共鉴定了1689个MADS-box基因。这些MADS-box基因分为I型和II型(MIKC型).MIKCC型基因属于MIKC型,根据其亲缘关系,被划分为至少13个亚家族。分析了沙轮藻、苔藓植物、苔藓、石松、裸子植物和被子植物中的SQA(A类)、AP/PI(B类)、Ag(C/D类)和SEP(E类)基因亚族; 丰富我们对花卉器官发育和基因进化的信息。分析了两种兰花中ABCE基因的表达模式,以及在D.铁皮石斛中的冷应激和种子萌发期的表达模式。.这个信息将加强我们对这些基因的功能的保守和差异的理解,并使进一步解释兰花中的花个体发育、胁迫响应和种子萌发。