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撷咎万
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1 浙江农林大学学报!!"#$!!""%#$ &$%'&()!"#$%&' "( )*+,-&%. / 0 1 2%-3+$4-56 *+,-#).##(//012,3342!56&!5$&78!"9$2"%2""! 毛竹生长素反应因子基因的生物信息学分析及差异表达程占超! 侯丹! 马艳军! 高健!国际竹藤中心国家林业局竹藤科学与技术重点开放实验" 北京 9""9"!# 摘要! 生长素反应因子%:;< &基因家族在植物的生长发育中起至关重要的作用' 关于毛竹 7*6''"45&8*64 +9#'-4 :;< 基因家族在花器官中生物信息学分析未见报道' 以毛竹花器官为材料! 采用生物信息学的方法! 对毛竹中 :;< 基因进行筛选! 并对其系统进化关系( 保守基序及在花器官中的差异表达模式进行了初步的分析' 结果表明$ 毛竹全基因组中含有 %% 个 :;< 基因! 分为!! "! # 类' 与拟南芥 /$&:-9";4-4 5*&'-&%& 和水稻 <$6=& 4&5-3& 分别比较! 发现毛竹与水稻存在 99 个姐妹同源基因对' 此外! 7*+/>19/! 7*+/>19% 和 7*+/>1/& 在花芽( 雌蕊和幼胚中高量表达! 同时 7*+/>1!! 7*+/>1/5! 7*+/>19%! 7*+/>19/! 7*+/>1/&! 7*+/>1$! 7*+/>1/$! 7*+/>1/( 在雌蕊和幼胚中高量表达! 推测这些基因可能在花发育和种子发育中发挥重要的作用' 图 / 表 9 参 /! 关键词! 林木育种学) 毛竹) 生长素应答因子) 花发育中图分类号! =$!! 文献标志码! : 文章编号!!56&!5$&7"!59$&5%!5&$%!5$ >,+,4?+@ABC,D B4BEF3,3 B4* *,??G@G4C,BE GHI@G33,+4 +? KG4G,4 7*6''"45&8*64 +9#'-4 LMNOP QRB4DRB+S MTU VB4S W: XB41J4S P:T Y,B4 % ZGF [B\+@BC+@F +? >BA\++ B4* ;BCCB4 =D,G4DG B4* ]GDR4+E+KF +? =CBCG <+@G3C@F :*A,4,3C@BC,+4S ^4CG@4BC,+4BE LG4CG@?+@ >BA\++ B4* ;BCCB4S >G,1,4K 95595!S LR,4B $!"#$%&'$( ]RG KG4G?BA,EF IEBF3 B IEB4C K@+`CR B4* *GaGE+IAG4CBE I@+DG33G3S 3JDR B4* 3R++C *GaGE+IAG4C B3 `GEE B3?E+`G@ B4*?@J,C *GaGE+IAG4C. ]+ I@+a,*G B CRG+@GC,DBE \B3,3?+@?E+`G@ B4* 3GG* *GaGE+IAG4C +? 7*6''"45&8*64 +9#'-4S B KG4+AG!`,*G B4BEF3,3 +? CRG I@Ga,+J3EF J4*+D! JAG4CG* :;< KG4G?BA,EF?+@ 7*? +9#'-4 `B3 D+4*JDCG*. ^4 CR,3 3CJ*F B `R+EG!KG4+AG 3J@aGF +? 7*@ +9#'-4 `B3 IG@?+@AG* B4* B *GCB,EG* B4BEF3,3 +? CRG KG4G A+C,? B4* IRFE+KG4GC,D DEB33,?,DBC,+4 `B3 I@+a,*G*. ;G3JEC3 3R+`G* %% :;< KG4G3 `R,DR `G@G DEB33,?,G*,4C+ CR@GG K@+JI3. : D+AIB@BC,aG B4BEF3,3 +? CRG :;< KG4G3 BA+4K A*@ B4* /$&:-9";4-4 3JKKG3CG* B C+CBE +? 99 3,3CG@ IB,@3!T3:;<!bRG:;<$ I@+a,*,4K,43,KRC3,4C+ ab@,+j3 \GC`GG4 T3:;<3 B4* brg:;<3. <+@ :;< GHI@G33,+4 IBCCG@43 +? *,ag@3g?e+@be +@KB43S A*+/B19/S A*+/B19%S B4* A*+/B1/& 3R+`G* CRG R,KRG3C GHI@G33,+4,4 CRG?E+`G@ \J*S I,3C,ES B4* F+J4K GA\@F+c `RG@GB3S A*+/B1!S A*+/B1/5S A*+/B19%S A*+/B19/S A*+/B1/&S A*+/B1$S A*+/B1/$S B4* A*+/B1/( `G@G R,KREF GHI@G33G*,4 CRG I,3C,E B4* CRG F+J4K GA\@F+. ]R,3 3CJ*F 3JKKG3CG* CRBC :;< KG4G3 ABF IEBF B ag@f *J@,4K?E+`G@ B4*?@J,C *GaGE+IAG4C +? A*@ +9#'-4. &LRS /?,K. 9 CB\. ' )*+,-%.#(?+@G3C C@GG \@GG*,4Kc A*6''"45&8*64 +9#'-4c *GaGE+IAG4C 植物生长激素能够调节或者影响植物不同的生理过程" 比如顶端优势( 侧根萌发( 导管分化( 胚胎发育和芽的伸长" 也可以促进细胞的分裂( 延伸和分化 &9') 在分子水平上" 生长素能够特异性地调节基收稿日期*!597!57!9/+ 修回日期*!597!5$!9% 基金项目* 国家高技术研究发展计划 %, (7/- 计划 $项目!!59/::95!75$!%$ + 国家自然科学基金资助项目!/9&$57$/$ 作者简介* 程占超" 博士" 从事林木遗传育种研究) N!AB,E- DRG4KdRB4eDRB+f#!7.D+A) 通信作者* 高健" 研究员" 博士" 博士生导师" 从事林木遗传育种研究) N!AB,E- KB+1,B4f,D\@.BD.D4

2 第!" 卷第 " 期程占超等* 毛竹生长素反应因子基因的生物信息学分析及差异表达 /1/ 因的表达!#"# 生长素信号转导相关的! 类主要蛋白是 $%&'($$) $ $*+) 和,-+ 复合体!!!""% 作为生长素信号途径一个重要的成员& $*+) 基因能够通过结合生长素启动子上的 $%&*. 来调控生长素反应基因的表达!/"% 这些 $*+) 基因调控不同的发育过程& 比如顶芽形成& 导管组织的形成& 胚胎' 花和果实的形成!0"# 一个经典的 $*+ 蛋白 & 结构相对简单& 大部分蛋白的分子量为 1234!5 67 & 含有! 个保守的结构域& 它们分别是 8 末端 78$ 结合结构域(797 )& 中间区域(:* )和 - 末端二聚体结构域(-;7 )% 不同的结构域也决定 $*+ 不同的功能& 797 在信号转导中起着鉴别作用& -;7 可以使 $*+ 之间形成二聚体 & 而 :* 则起着转录激活或抑制的功能!1"% <=:$,>? 等!@"鉴定出第 4 个 $*+ 基因& 即!"!#$4& 先后在拟南芥 %&'()*+,-)- ".'/)'0' 和水稻 1&23' -'")4' 中鉴定出 #! 和 #/ 个 $*+ 基因!A!45"% $*+) 大部分在植物中发现& 比如在双子叶' 单子叶' 裸子和蕨类植物中都有发现& 但是在动物和微生物中至今没有发现% 因此& $*+) 是植物中特有的一类转录因子!44"% $*+ 的生物学功能主要来自拟南芥 $*+ 基因功能缺失的表型& 到目前为止& 已经发现很多 $*+ 基因及其功能& 比如 %56! 和 75$1!4#!4""% 研究表明* 拟南芥 '&8! 的突变体会出现花蕊基部和顶端的发育不良& 说明 %5$! 在调节花器官发育上起作用+ 缺失 %5$1 & 导致上胚轴的向光性和下胚轴的向地性功能的消失% 这 # 个 $*+ 基因有着不同的功能& 很少在功能上出现冗余现象% 毛竹 9.2//+-"':.2- ;*</)- 与水稻' 玉米 =;' >'2- 等同属于禾本科 BCDEFGHDH 单子叶植物& 但是& 毛竹营养生长周期长& 开花时期不确定& 开花后死亡& 导致竹林面积减少& 对经济发展和生态环境造成重大损失和破坏& 竹子开花的调控机制一直是竹类植物研究中的难点和热点% 目前& $*+ 家族基因在模式植物拟南芥' 水稻' 玉米中已有研究& 而毛竹 $*+ 家族基因在花器官和幼胚发育上鲜有报道% 本研究通过生物信息学的方法& 根据毛竹的基因组& 鉴定 $*+ 基因家族& 进行进化树分析' 基序分析' 基因差异表达模式分析& 为研究 $*+ 基因在毛竹花和种子发育过程中的功能奠定基础% 4!"! 材料与方法实验材料毛竹开花实验地位于广西壮族自治区桂林市南岭山系的西南部% 该毛竹林属于自然生长状态& 基本无人为干扰% 以毛竹的花器官为材料& 进行解剖& 分离出花芽' 苞片' 颖片' 稃片' 雄蕊' 雌蕊和幼胚以及未开花的成熟叶片& 个样本进行转录组高通量测序%!"# 4I#I4 方法毛竹中 JKH$*+ 家族成员的检索从拟南芥基因组数据库,KLLMN ''OOOIDCDPFQRM)F)IRCS' )和水稻基因组数据库,KLLMN ''CFTHIMUDGLPFRURSVIE)%IHQ%'FGQH&IKLEU )中分别检索拟南芥和水稻中 $*+ 蛋白序列 + 毛竹 $*+ 相关蛋白序列从毛竹基因组数据库,KLLMN ''OOOIPDEPRRSQPIRCS'FGQH&IW)M)中获得% 毛竹 JKH$*+ 家族蛋白的序列号& 开放阅读框的长度' 氨基酸数目' 分子质量和等电点在表 4 中提供% 毛竹 $*+ 分子量及等电点数据通过.&J$,X,KLLMN''OHPIH&MD)VIRCS'TREM%LHYMF' )获得% 4I#I# 进化树分析用 -U%)LDUZ 4I@!,KLLMN''OOOITU%)LDUIRCS' )!4/" 软件对蛋白全长的多序列比对进行分析& 进化树分析前去掉比对序列的差异和不明确序列 % 用 GR"CRRLHQ GHFSKPRC"WRFGFGS 方法通过 :.B$ 0I5,KLLMN''OOOIEHSD)R[LODCHIGHL'EHSDIKLEU )!40"构建系统进化树% :.:. \HC)FRG "I44I#,KLLMN''EHEH")%FLHIRCS')!41"在线工具鉴定候选蛋白序列的保守区域& 公式为 DGV & ED&FE%E G%EPHC R[ ERLF[) ] #5 & EFGFE%E OFQLK! 0 和 ED&FE%E OFQLK " #55 % 4I#I" 表达量分析将花芽' 苞片' 颖片' 稃片' 雄蕊' 雌蕊和幼胚以及未开花的成熟叶片的 +J^: 值 4I#I! 基序分析输入到 -U%)LHC!I5 & 用 _D\D ;CHH?FHO 生成热点图!4@"% # #"! 结果毛竹 $%&'() 家族序列鉴定通过 #! 个拟南芥和 #/ 个水稻 $*+ 蛋白序列检索毛竹基因组数据库& 共得到 "" 个 $*+ 蛋白,表 4)% 从表 4 可以看出& $*+ 家族的蛋白的等电点为 /I##3AI#!& 蛋白序列的长度为 4A#34 #/1 个氨基酸& 分子量的大小为!4I15 34!AI51 67 %

3 *- 浙江农林大学学报年月日表毛竹中成员数量及其属性! "# "$%! & ' #" & # &% ' 蛋白氨基酸开放阅等电分子 ' 蛋白氨基酸开放阅等电分子毛竹 ' 序列号毛竹 ' 序列号名称长度读框点量名称长度读框点量 ' ()**+ ),- ),- ') (.) *,. /-,* ' (-*+ - -,,*- '. ().+ -) / *,)-., ') (-+ - / *,., '* ()*+-/ -)* /,* -/,.- '. (*)+ / )/ -,/,./ '- (+ */ - -,/ -.,-/ '* ()-)+) ).// *,. /, ' (*/+ /. * -,-, '- ()/-+ / -- *,),/ ' (+ / *,, ' (*+- *,//,/- '/ (+ * *) -, ), ' (*+.-.) /,) *.,) ') ()+* / -/. -,) //, '/ (-+. *) -,/ /), ') (-+*. ) )-- -,.,) ' (-*+ -* -,/ -*,/ ') (-+/.*.,- /, ' (./+ -* / -,.-,. ')) (.+* * ). -,) )/, ' (-+ *. -,-.,-. '). (/)+- * *) -, ), ') (//+* *,-, ')* (+). ) *,*,/ '. (-/+) - -,* -,// ')- (*+. / *,*.,/ '* (***+)/ -) -,- /, ') (.-+ ). * -,,* '- (*+.) -), -*,) ') (..+*..)/ ) *,.,.* ' (+/ )-. /*,* )/,/ ')/ (+/ ,/-.,)- ' (-+).. )*,**, '. (.+-.. /,.,) '/ (--+ -) /. *,,. '. (+-- **. --* *,-- -,)* ' (--+. -/) *,).,** '. (+). -,. /,** ' (-)+.. - ) *-, ), '.) (/)+-/ / */ *,.., ' (*.+) /* /* -,*, '.. ()+. *. *.*,* *-,.. 毛竹家族进化分析系统进化结果显示.. 个基因之间相似性比较高图将.. 个毛竹的 ' 蛋白列同 ) 个拟南芥和 * 个水稻的蛋白序列同时比对发现可以将这 ) 个物种的 ' 分为三大类分别为和其中有 ) 个基因分布在类个基因分布在类还有. 个基因属于类大部分的 '! 包含 ) 个经典的结构域 0 结构域和 '1'' 家族结构域有个与水稻的同源关系较近的基因对 *)!-"!.!/"!)!*"!)!"!.!."!) /!)"! -!) "!)!"!-!"! 和!"! 这些基因大部分出现在类和类中说明这类的基因相对比较保守毛竹基序分析为了进一步了解毛竹 ' 保守区域的结构通过在线工具构建基序分析图结果如图所示毛竹 ' 成员含有的基序结构不一大概有个不同的基序组成其中每个基因都包含不同种类的基序大部分的基序为. 个大部分的 ' 基因都包含 & & & &. & 和 & 等这些基序出现的次数较多而 &) &- 和 & 等基序在这些基因中不常见从进化角度来看同源关系较近的类的基因在基序的长度和种类较为相似比如类的 "!. "!/ 和 "!) 等类的 "! "!) 和 "!)) 等类的 "! "! 和 "!) 等以上结果说明大部分的毛竹 ' 家族基因是相当保守的毛竹 ' 基因在花器官中差异表达分析为了研究毛竹 ' 基因在花器官发育中的作用和调控机制进一步分析 ' 基因在花芽苞片颖片稃片雌蕊雄蕊幼胚和未开花的叶中表达分析结果表明 "! "!) "!. "!* "!. "!)* "!.) "!) 和 "!) 在花芽中高量表

4 第卷第期程占超等毛竹生长素反应因子基因的生物信息学分析及差异表达 - #$%& 图毛竹水稻和拟南芥的系统进化树分析 '$&&#( ))& * & +%&# # & $'$ " $! $' ), $$ '! 达说明这些基因可能在开花初期起着重要的调控作用图在雄蕊中和高量表达但是这些基因在幼胚中表达量极低和在雌蕊中表达量较高同时在幼胚中也高量表达说明这些基因同时调控毛竹雌蕊形成和幼胚的发育和同时在花芽雌蕊和幼胚中高表达这个基因可能既调控开花又能控制花的发育此外和在颖片和稃片中都高量表达可能调节稃片和颖片的发育讨论生长素是植物器官发育和模式形态形成和发育非常重要的信号分子生长素转导途径中最重要的类家族分别为和! 在发育过程中能直接地调控下游靶基因的表达但大部分的和都是以家族的形式存在所以它们在植物体内的调控机制是相当复杂的基因也参与生殖过程木瓜和番茄!"# $%"# 的基因家族的分析和鉴定揭示了该家族基因在花和果实的发育过程中具有调控作用在本研究中通过生物信息学工具检索个毛竹的基因在拟南芥和水稻中的基因分别为和个基因家族在不同植物中成员数量不同这可能与植物体内的基因组复制有关而基因数量多少由该基因复制事件的频率决定毛竹基因组为 " 左右大于水稻和拟南芥的基因

5 + 浙江农林大学学报年月日图毛竹保守基序分析!"!# $!"%& '!# "!" &"#& " $!! 组以上分析表明毛竹基因复制事件的频繁发生有可能导致毛竹家族成员数量增多通过系统进化分析毛竹家族基因大致分为 ( 个亚组图亚组内的基因相似性比较高但是亚组之间相似性不高或许在基因功能上也有差异毛竹与拟南芥和水稻的家族的系统进化关系表明毛竹与水稻之间有对同源基因对这些基因对都属于类和类一方面说明毛竹的家族与水稻有很高的同源性图另一方面说明毛竹家族类和类的基因保守性很高 )( 研究人员对水稻和拟南芥的基因进行了广泛地研究基因在花和种子发育中起着非常重要的作用为研究毛竹的开花及种子发育提供了许多有用的信息据报道拟南芥的 ( 和 ( * 参与花的发育在花中高量表达与 ( 和 * 同源的毛竹 * 和 ( 在幼胚和雌蕊中都高量表达说明个毛竹基因可能与 ( 和 * 基因功能相似推测它们在毛竹花和种子发育过程中起着关键的作用

第卷第期程占超等毛竹生长素反应因子基因的生物信息学分析及差异表达 4 图毛竹基因在不同花器官中表达模式分析! " # $ % / 3 4 2 %0 参考文献 &'! "#$!( %) &$#!' # &% * &"+,#( -$ '+"!+.,) /0% 1 ' " #.!!! ) %23) %( 04 2 56 1 ) 5*' 1) '7 1, '! #+# +# " #, #,!

6 第卷第期程占超等毛竹生长素反应因子基因的生物信息学分析及差异表达 4 图毛竹基因在不同花器官中表达模式分析! " # $ % / %0 参考文献 &'! "#$!( %) &$#!' # &% * &"+,#( -$ '+"!+.,) /0% 1 ' " #.!!! ) %23) %( ) 5*' 1) '7 1, '! #+# +# " #, #,! 8 #+# ( )) %2) 4( 3% 3/4 7 9,:) 65 ;) 57 1) *!$" "# +# " +#! '% #! #!! )) /0%) %%( / 1' ) '7 ) , +# "! 8 #+#! ) /00) /( 56 1 ) '7 ' +# ## +,!! &) /004) ( 30 '* ') 7 7) 6 ) * " ""# "+#+ +" # ; +8"! +" "! " #! ""#! ) /00%) %0( / /30 5*' 1) '7 ) 56 1 '%) #+# +# #,#." #!# )!) %4) /0( %23 %232 '7 ) 56 1 '8 ( )!# " # +#! &) /00/) ( 4 2 *717 & ) 7 1 ) 56 1 ) * 9##!" "8 +# #, ''' "

7 ' 浙江农林大学学报年月日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王垒陈劲枫娄丽娜等黄瓜果实中, 和 /01 基因对外源激素的应答! 西北植物学报 %2 *4+ # 8(4!# 3 # (0. 6 ;./,. /01 6 ; /,. -/-/;, 0../..!" ( $(( # 22# & 22 22%2" 史梦雅李阳张巍等生长素反应因子作用机制研究进展! 生物技术通报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

第期李伟等用方法对中国历史气温数据插值可行性讨论

第期李伟等用方法对中国历史气温数据插值可行性讨论李伟李庆祥江志红使用插值方法对已经过质量控制和均一化的年月年月中国全部基本基准站气温资料逐月进行空间插值通过站点的实际序列与插值后格点序列进行比较针对相关系数和线性趋势等多个量来检验方法对气候资料插值的

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