抗壞血酸過氧化物酶（APX）是植物體葉綠體清除H₂O₂的關(guān)鍵酶。為了探究蕓薹屬作物中APX家族基因的序列特點和表達模式,本研究利用生物信息學(xué)方法,從大白菜、甘藍和歐洲油菜中分別鑒定出10、9和22條APX家族基因,對這41個成員序列特點、染色體分布、CDS保守域、蛋白保守結(jié)構(gòu)域、蛋白三級結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進化關(guān)系等進行預(yù)測分析,并通過基因表達數(shù)據(jù)庫分析這些基因在高溫、干旱和生物脅迫等逆境條件下的表達模式。結(jié)果表明,APX在進化樹上可分為8個亞族,分散在不同的染色體上;這些APX基因擁有相對穩(wěn)定的CDS保守結(jié)構(gòu)域、蛋白保守結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu),都具有過氧化物酶功能域,在peroxidase功能域的后端均含有一個螺旋結(jié)構(gòu)狀的保守域Motif6。APX基因的Ka/Ks值均小于1,表明APX家族基因整體上正在經(jīng)歷純化選擇。大部分APX1和APX2基因在受到高溫脅迫時表達上調(diào),其中BrAPX2a在大白菜的胚和胚乳中強烈響應(yīng)高溫脅迫,但在大白菜其他部位表達微弱,存在一定的表達組織特異性。APX3、APX4等基因?qū)Ω珊岛透邷孛{迫響應(yīng)不明顯;甘藍3個APX1基因在白粉虱... 

【文章來源】：核農(nóng)學(xué)報. 2020,34(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：15 頁

【部分圖文】：

3個蕓薹屬作物與擬南芥的APX基因在基因組染色體上的分布位置

為分析APX家族基因的進化特點,以擬南芥、大白菜、甘藍和歐洲油菜共49個APX基因的蛋白序列,經(jīng)MAFFT多重比對后在Mega7.0環(huán)境下以最大似然法構(gòu)建了系統(tǒng)進化樹,并分析對應(yīng)APX基因的CDS保守結(jié)構(gòu)域(CDS motif)、蛋白質(zhì)保守結(jié)構(gòu)域(protein motif)以及基因結(jié)構(gòu)域(gene structure),見圖2。由于同族序列在進化樹上緊密的結(jié)合在一起,將進化樹以BLAST比對結(jié)果進行劃分,APX1組到APXTh組分別對應(yīng)羅馬數(shù)字Ⅰ～Ⅷ(APXSt組對應(yīng)Ⅶ,APXTh組對應(yīng)Ⅷ),由此將進化樹分為8個亞族。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ亞族在CDS保守域的構(gòu)成和排列順序上均完全一致,且域外序列較短;在蛋白保守域的構(gòu)成和排列上,除了Ⅴ亞族缺少Motif 9以外,它們的構(gòu)成和排列順序亦完全一致;在包含內(nèi)含子的DNA序列上,也擁有相近的外顯子-內(nèi)含子結(jié)構(gòu)。Ⅶ和Ⅷ亞族擁有相似的CDS保守域和蛋白保守域,Ⅷ亞族比Ⅶ亞族在CDS 保守域上多一個Motif 7,蛋白保守域在同一位置上多一個Motif 10,除此之外整體非常相似。Ⅳ亞族和Ⅵ亞族相對于其他亞族在CDS保守域和蛋白保守域上相似性較低;Ⅳ亞族的CDS保守域構(gòu)成和排列較為相似,僅有BnAPX4a-r包含一個額外的Motif 9,表明Ⅳ亞族的CDS序列擁有一定的保守程度。此外,Ⅳ亞族在蛋白保守域上擁有較高的相似性,表明Ⅳ亞族在蛋白序列上擁有較高的保守程度;Ⅵ亞族在CDS保守域的構(gòu)成和排列上差異較大,且Motif 7和Motif 9之間的距離差異較大,表明Ⅵ亞族CDS序列保守程度較低,但Ⅵ亞族在蛋白保守域的構(gòu)成和排列上差異較小,表明Ⅵ亞族的蛋白序列保守程度較高。采用環(huán)形樹狀圖并在樹末端附上對應(yīng)APX基因的蛋白三級結(jié)構(gòu)預(yù)測圖(圖3)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ亞族在三級結(jié)構(gòu)上較為相似,其中Ⅰ、Ⅱ亞族三級結(jié)構(gòu)高度相似。由于BnAPX1c-r、BrAPX1c、Ⅲ亞族和Ⅴ亞族擁有少量peroxidase結(jié)構(gòu)域以外的冗余序列,它們相比其他序列結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些。Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ亞族在空間結(jié)構(gòu)上擁有更大的空間深度,由于在peroxidase結(jié)構(gòu)以外擁有大量冗余序列,這些蛋白也含有更多的不規(guī)則卷曲。此外,所有APX蛋白均不含跨膜結(jié)構(gòu)域。

由圖3可知,幾乎所有的APX基因都含有Motif 6, 而Motif 6不屬于peroxidase結(jié)構(gòu)域,卻普遍存在于APX蛋白中,且高度保守,在三級結(jié)構(gòu)上呈穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)。本研究以BrAPX1為例,將該蛋白拆分出peroxidase結(jié)構(gòu)域和Motif 6保守結(jié)構(gòu)域,peroxidase結(jié)構(gòu)域三級結(jié)構(gòu)保守,普遍含有10個螺旋結(jié)構(gòu),無跨膜域;而在APX蛋白的末端普遍含有一個四周半的螺旋結(jié)構(gòu)與Motif 6所在區(qū)域?qū)?yīng)(圖4),且該區(qū)域序列經(jīng)BLAST比對僅能比對到自身的同源基因。綜上,Motif 6 所在區(qū)域序列很有可能是區(qū)分APX基因和其他含有peroxidase結(jié)構(gòu)域的基因的特征序列,但相關(guān)結(jié)論仍需要大量試驗進行證實。2.4 共線性分析和Ka/Ks進化指數(shù)分析


本文編號：2967832