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文章解读/小麦组蛋白乙酰化转移酶基因家族鉴定

发布日期:2021-05-27 浏览次数:357


BMC Genomics              IF:3.594


背   景   介   绍

       组蛋白乙酰化是由组蛋白乙酰转移酶(HAT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)共同调控的动态可逆过程。HAT将乙酰辅酶a的乙酰基(CH3COO−)转移到核心组蛋白(主要是H3和H4) N端特定赖氨酸残基的ε-氨基(NH3)上。组蛋白乙酰化可以中和赖氨酸残基上的正电荷,削弱组蛋白与DNA的结合,使染色质结构松动,促进转录因子或转录调控蛋白与DNA的结合,从而促进基因转录。组蛋白乙酰化对真核细胞染色质结构的修饰具有重要作用,影响基因转录,在植物发育中发挥重要的调控作用。植物的HAT基因家族被分为HACs、HAFs、HAMs、HAGs四个亚家族。有报道表明,组蛋白乙酰化在植物发育调控中起着至关重要的作用,同时参与组蛋白乙酰化参与植物温度和病毒胁迫。

结果分析

01 TaHAT基因鉴定与分析

       鉴定了31个TaHAT 基因分别属于 HAC、HAG、HAF和HAM 亚家族,但由于HAG1、HAG2、HAG3 其蛋白三维结构不同,共分为HAC、HAG1、HAG2、HAG3、HAF和HAM 6大亚家族,每一亚家族都有不同的保守域(图1)。TaHAT的分子量为50.14 ~ 201.47 kDa;等电点(pi)范围为5.23 ~ 8.88。Fig. 1 Conserved domain analysis of the TaHAT gene family.小编点评将HAG亚家族细分为3个更小的亚家族(HAG1、HAG2、HAG3);属于方法学的一种创新,提升文章的参考价值和意义,利于家族特征及功能分析研究。

Fig. 1 Conserved domain analysis of the TaHAT gene family.

小编点评

       将HAG亚家族细分为3个更小的亚家族(HAG1、HAG2、HAG3);属于方法学的一种创新,提升文章的参考价值和意义,利于家族特征及功能分析研究。

02 TaHAT蛋白系统进化分析

        蛋白进化树发现三个物种HAT蛋白被分为6个分支,TaHAT蛋白与拟南芥和水稻的HAT蛋白具有较高的同源性,证明了这些蛋白质之间的系统发育关系相似性。

       

Fig. 2 Phylogenetic tree of HAT proteins from Arabidopsis thaliana, Oryza sativa and Triticum aestivum constructed .

小编点评经典的引入拟南芥和水稻两个模式物种做比较基因组分析,为后续文章讨论做铺垫。

03 HAT蛋白的预测结构分析

        同源建模发现不同物种HAC、HAG2和HAG3蛋白结构相似,但TaHACs包含两个特殊的基因,表明不同物种中同一组蛋白质的模型非常相似,而同一物种中不同组蛋白质的模型则不同。

Fig. 3 Predicted structures of TaHATs proteins. 

小编点评跨物种比较分析,蛋白3D结构更加直观的分辨物种间及亚家族间的结构特征。

04 TaHAT基因结构和保守基序

      TaHAT基因的序列内含子数量为2~ 14个(图4)。大多数TaHAT的内含子和外显子数量相近其中TaHAF中内含子数量最多(14个)。31个TaHAT有20个保守域且同一组成员包含相似的基序,说明同一组蛋白可能具有相似的功能,而且1、3、7、8、1 1、20保守基序只存在于HAC组(图5)。

Fig. 4 Exon–intron structures of 31TaHAT genes.

Fig. 5 Schematic representation of twenty conserved motifs in the TaHAT. 

小编点评:标准的内含子-外显子、Motif分析,全方位展示序列特征。

05 TaHAT 染色体定位及共线性分析

       TaHAT基因在各染色体间分布不均匀,3个TaHAT 分布在 2A、2B、2D、7A、7B和7D染色体上。6B、6D染色体上有2个 TaHAT 基因,3B、4A、4B、4D 染色体上没有TaHAT基因(图6)。共线性分析和基因重复序列分析,31个TaHATs可归纳为12个基因(5个HAC, 2个HAF, 2个HAG1s, 1个HAM, 1个HAG2和1个HAG3),包括8 个3  拷贝基因,3个2拷贝基因和1个1拷基因。

Fig.6 Chromosomal Locations and Synteny Analysis of TaHATs.Homologous. 

小编点评基因组内共线性分析,完美揭示6倍体特性,将基因家族加倍和染色体倍性间的关系建立纽带

06 TaHAT基因重复性统计

       小麦中有21对同源染色体(Ta-Ta),小麦和水稻中有20对同源染色体(Ta-Os),所有Ta-Ta对都位于同源染色体(Chr2、Chr5、Chr6、Chr7)上。21对同源染色体(Ta-Ta)在0.845 ~ 4.385 Mya之间,20对同源染色体(Ta-Os)在23.146 ~ 62.318 Mya之间。

小编点评非常规分析,通过分歧时间估计,为物种起源进化断代、计算坐标。

  07  TaHAT表达分析

        三叶期小麦幼苗的上叶、中叶、下叶、茎和根组织 qRT-PCR 表达分析发现除HAG1外其他基因在根中表达量较高;在茎组织所有基因表达量处于中等水平;特别的是下叶和上叶的表达量高于中叶;表明TaHAT在不同组织中的表达模式不同,并与植物发育有关。

Fig. 7 Differential expression of representative TaHATs in different tissues by qRT–PCR.

小编点评功能分析里必不可少的表达分析,通过qPCR确定家族成员的组织特异性表达。

08 TaHAT启动子区顺式作用元件预测与分析

      预测了与环境胁迫、激素响应、光响应、发育、启动子和增强子元件、位点结合元件等相关的1643个启动子顺式作用元件,其中激素(IAA、GA、SA、ABA、MeJA)响应元件最丰富(图8)。

Fig. 8 Prediction of cis-acting elements in the TaHAT promoters.

小编点评功能分析里重要的启动子分析,通过响应元件对家族成员的功能做整体预测。

09  不同胁迫下TaHAT表达模式

       对10 ~ 14天苗龄小麦进行低温和病毒胁迫实验发现,大多数TaHAT基因低温处理7-10天后表达量下降,其中TaHAC、TaHAF和TaHAG1在8℃ 时表达量显著低于其他温度。随着处理时间的延长TaHAF、TaHAG1和TaHAG2在8℃时的表达量低于20℃时。

Fig. 9 The relative expression levels of TaHATs in plants grown under different temperatures for 7–16 days measured by qRT–PCR.

      TaHATs基因在感染大麦条纹花叶病毒,中国小麦花叶病毒或小麦黄花叶病毒16天后,表达量上调(图10)。

Fig. 10 Relative expression levels of TaHATs from plants inoculated with different viruses measured by qRT–PCR .

小编点评通过非生物胁迫和生物胁迫qPCR定量实验,表明该家族成员功能的多样性及研究的重要性。

文   章   结   论

      本研究对小麦HAT基因家族成员进行研究,鉴定了31个基因共分为TaHAC、TaHAF、TaHAM、TaHAG1、TaHAG2、TaHAG3亚家族且每一亚家族成员功能可能相似。小麦是异源六倍体且进化复杂,因此TaHACs中两个基因拷贝数少于3,说明进化中重复基因可能失去功能或获得新功能,同时也说明基因家族数量多于水稻和拟南芥。此外TaHAT可能参与了小麦的生长发育,低温和病毒胁迫响应。

基因家族文章发二区的奥秘:

1、方法学创新(家族分类方法套路要掌握)

2、比较基因组研究(多物种比较分析,延伸广度和深度)

3、功能分析全面:组织特异性qpcr定量、生物和非生物胁迫qpcr定量、启动子元件分析等。

集思慧远技术优势

       集思慧远是国内最早开展基因家族整理研究的生物公司之一,在基因家族生信分析上有着丰富的项目经验,“借鸡下蛋”实现短平快发文章的迫切期望,同时还可以做相关分子验证实验如反转录、荧光定量PCR,实现文章的提档升级!想做的抓紧啦!


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