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文献解读

集思慧远客户发表《猕猴桃MAPK基因家族鉴定分析》

发布日期:2019-03-17 浏览次数:421

  细胞分裂素活化蛋白激酶(MAPK)级联反应是通用的信号转到模块,在植物的各种生物和非生物胁迫、激素、细胞分裂和发育过程中起着至关重要的作用。MAPK作为级联反应的一部分,对进一步适当的细胞反应起着重要的作用。尽管MAPK在几种模式植物中都有相关报道,但是目前在猕猴桃中还没有系统的分析。本文在猕猴桃基因组中共鉴定到18个可能的MAPK基因,并对该基因家族在基因组上的位置,基因结构,系统发育及保守motif进行了分析。系统发育分析结果表明猕猴桃的MAPK基因家族能够分类到5个亚家族,这些基因的motif在相同的亚家族组具有很高的相似度。基因结构分析表明猕猴桃MAPK家族基因的外显子个数从2-29个不等,表明该家族的基因之间存在很大的变异。利用qRT-PCR对该家族的基因进行定量分析,证实了该基因家族响应多种生物和非生物胁迫及激素处理,对胁迫响应和激素信号转导通路都有潜在的影响作用。


  材料方法

  猕猴桃品种“jinkui”,MS培养基生长,4周后进行激素、冷胁迫、热激处理、盐处理;长势正常的植株,用丁香假单孢菌处理植物根系。

  定量PCR平台:ABI 7300 Real-time PCR System,每种处理的0h当作标准“1”,热图构建:MeV4.8;

  MAPK鉴定:拟南芥MAPK(https://www.arabidopsis.org),葡萄MAPK(http://www.genoscope.cns.fr/ externe/GenomeBrowser/Vitis/),猕猴桃基因组(

  http://bioinfo.bti.cornell.edu/cgi-bin/kiwi/download.cgi),BLASTP(阈值设置1x e -50),HMMER比对猕猴桃蛋白数据库;然后分析基因序列是否包含TDY或TEY motif以及11个保守亚结构域(符合条件的鉴定为预测MAPK基因)。

  蛋白分子量和等电点预测:pI/MW (http://au.expasy.org/tools);核酸和氨基酸序列多比对:ClustalW;系统发育分析:MEGA5;MAPK染色体位置画图:MapInspect;

  基因结构分析:Gene Structure Display Serve,motif预测:MEME;

  启动子区域顺式作用元件:PLACE database。


  分析结果

  1、猕猴桃MAPK基因家族鉴定


  猕猴桃MAPK基因家族氨基酸序列多比对,保守结构域TXY、CDdomain(红框)



  预测的猕猴桃18个MAPK家族基因,(名称,染色体位置,氨基酸长度,CDS长度,蛋白分子量,等电点,外显子数量,结构域和亚细胞定位)编码氨基酸长度336-1056,分子量38.82-119.46 kDa,等电点4.52-9.82,分布在细胞质、细胞核、叶绿体、液泡、过氧化物酶体。

  18个MAPK基因在猕猴桃基因组上的分布情况


  2、猕猴桃MAPK基因家族系统发育

  拟南芥(20)、葡萄(14)和猕猴桃(18)MAPK家族系统发育分析(NJ树),分为5个亚家族:A/B/C/E亚家族都包含一个TEY motif,(除了AcMAPK18是TDY motif),D亚家族具有TDY motif


  3、猕猴桃MAPK基因家族结构分析


  4、猕猴桃MAPK基因家族motif和启动子区域分析


  共鉴定到20个保守motif,尤其是motif 1/3(包含TXY)和motif5;猕猴桃MAPK家族主要包含的13个蛋白激酶motif(1-10,12,14,15),亚家族的分类与保守的motif也很相似。A和B亚家族包含N端区域的motif 11,motif 18只存在于C亚家族,D亚家族包含特异的N端区域的motif 19和C端区域的motif 16,而motif 13和17只存在E家族中。


  猕猴桃MAPK编码区上游1.5kb范围内顺式作用元件预测(27种元件),包含病原菌、胁迫及激素相关元件。


  5、激素/胁迫处理后猕猴桃MAPK基因家族表达水平变化


  红-绿(1左右)分别代表处理组和对照相比基因上调或下调表达(基因聚类是根据系统发育结果)

  生物和非生物胁迫处理组和对照组间MAPK基因热图


  结论总结

  1、文章基于拟南芥(20)和葡萄(14)MAPK家族的信息,基于同源比对及保守结构域的分析在猕猴桃中鉴定到18个成员,多于草莓(12),少于苹果(26)和香蕉(25)。家族成员的氨基酸个数由336-1056不等,主要是结构域长度和内含子数量变异导致。

  2、其他报道MAPK家族物种将该基因家族基于TEY/TDY划分为4个亚家族,而猕猴桃该家族基因系统发育分析结合拟南芥和葡萄MAPK基因同源分析将其划分为5个亚家族。并且每个亚家族都有特定保守的motif。

  3、基于其他研究报道MAPK家族响应生物和非生物胁迫及激素处理,本文也对猕猴桃材料进行相关实验处理并对MAPK家族成员所有基因进行定量分析,与对照相比绝大多数MAPK基因都是差异表达的。


  参考文献

  Genome-Wide Bioinformatics Analysis of MAPK Gene Family in Kiwifruit (Actinidia Chinensis)[J].International Journal of Molecular Sciences.2018.IF=3.687