有关生物信息学论文范本 与辣椒花器官发育相关PAP3基因的克隆和生物信息学分析有关学术论文怎么写

本论文是一篇免费优秀的关于生物信息学论文范文资料,可用于相关论文写作参考。

辣椒花器官发育相关PAP3基因的克隆和生物信息学分析

马宁,鲍顺淑,连青龙,等. 辣椒花器官发育相关PAP3基因的克隆与生物信息学分析[J]. 江苏农业科学,2016,44(7):52-55.

doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2016.07.014

辣椒花器官发育相关PAP3基因的克隆

与生物信息学分析

马宁1, 鲍顺淑1, 连青龙1, 沈火林2

(1.农业部规划设计研究院,北京 100125; 2.中国农业大学农学与生物技术学院,北京 100193)

摘 要:AP3基因属于MADS-box基因家族中控制花器官发育的B类基因,与PI基因一起参与控制植物花瓣和雄蕊的形成.克隆到了辣椒控制花器官发育的PAP3基因(GenBank登录号:HM104635),该基因全长929 bp,编码226个氨基酸,具有典型的MADS结构域和K结构域;与其他6种植物同源基因比对显示,它们的氨基酸序列相似性在82%~91%之间;系统进化树分析表明,PAP3属于MADS-box基因家族中的AP3/PI亚族成员,与辣椒花器官发育相关.

关键词:辣椒;PAP3基因;花器官发育;生物信息学

中图分类号: S641.303.2文献标志码: A

文章编号:1002-1302(2016)07-0052-03

收稿日期:2015-05-22

基金项目:国家自然科学基金青年科学基金(编号:31401896).

作者简介:马宁(1986—),女,山东招远人,博士,工程师,从事蔬菜遗传育种研究.E-mail:maning_225@163.com.

通信作者:沈火林,博士,教授,主要从事蔬菜遗传育种研究.E-mail:SHL1606@126.com.

AP3基因均属于MADS-box基因家族中控制花器官发育的B类基因.参与调控高等植物花器官发育的 MADS-box基因是近年来植物发育生物学研究的热点,目前已经在多种作物上克隆到B类基因[1-2].经研究表明,B类基因参与花瓣、雄蕊的形成.在丧失功能的突变体中,萼片代替第2轮花瓣,第3轮雄蕊转变为心皮[3-4],植物B类基因结构属于植物MADS-box基因家族,含有相同的4个区域:MADS结构域、K结构域、I结构域和C结构域.启动子表达特性的分析显示,AP3基因启动子为花器官特异表达启动子[5].最新研究表明,AP3基因的表达形式取决于编码转录因子的分生组织特征基因LEAFY、AP1,并且配合着不寻常的花器官活动,编码了F-BOX蛋白[6-8].AP3在拟南芥花瓣、雄蕊的整个发育过程中均有表达,但是在非花组织中不表达[9-11].

本研究从实验室已经构建的辣椒不育系和恢复系的差减cDNA文库中获得辣椒恢复基因诱导的EST片段TA288[12],利用RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术进行全长cDNA克隆,获得了辣椒花器官发育PAP3基因的全长,并利用 RT-PCR 技术、Northern blot技术检测了该基因在辣椒不同材料、不同器官上及小孢子发育的不同时期的表达量差异,以期为阐明辣椒花器官发育的分子调控机制奠定基础.

1材料与方法

1.1试验材料

以辣椒细胞质雄性不育系121A及其相应的恢复系121C为试验材料(笔者所在实验室育种材料).2012年春季在中国农业大学上庄实验站大棚内常规种植.在开花期,取121C花瓣已开始变白的花蕾,剥取花药后立即用液氮冷冻并在-70 ℃保存备用,用于基因全长克隆.

1.2总RNA的提取及基因的全长克隆

总RNA的提取依照SV Total RNA Isolation System kit(美国 Promega 公司)操作说明书进行.基因全长克隆采用 RACE 技术,按照 Smart Race cDNA Amplification Kit(美国 Clontech 公司)试剂盒说明书进行.根据实验室已经获得的 EST 片段分别设计 3′端、5′端特异引物(5′-TGAGTGTGCGAATGATTGCTGGGGGTTT-3′)、(5′-ACCCCCAGCAATCATTCGCACACTCAAA-3′)进行cDNA末端快速扩增(RACE).扩增产物采用北京鼎国生物技术有限责任公司的DNA凝胶回收试剂盒回收.插入pGEM-T Easy载体(美国Promega公司),热激法转化到E.coli DH5α感受态细胞(中国天根公司)中,在氨苄青霉素平板上进行阳性克隆筛选,送交三博远志生物技术有限公司测序.测序结果在NCBI网站上 进行Blast比对,用 DNAMAN软件进行序列分析,用MEGA 41软件构建系统进化树.

2结果与分析

2.1辣椒PAP3基因的克隆与序列分析

在已经构建的辣椒CMS诱导表达的cDNA文库中,筛选到 EST序列TA288,经Blast比对分析表明,该片段与植物花器官发育AP3基因序列有较高的同源性,推测其为辣椒花器官发育MADS-box基因之一,进而设计特异引物序列进行3′、5′RACE扩增,分别获得752 bp的3′端序列、625 bp的5′端序列.利用DNAMAN软件去除2端载体序列和重叠部分,将2段序列进行拼接,得到长度为929 bp的基因全长序列,命名为PAP3(GenBank登录号:HM104635).用特异性引物在基因组DNA和cDNA上同时扩增PAP3基因,琼脂糖跑胶结果显示条带完全相同,测序后分析序列完全相同(图1).

PAP3基因包含678 bp的开放阅读框,编码1个含226个氨基酸的蛋白质,推测的分子量为75.9 ku,推测的等电点为4.97.蛋白结构域分析表明,PAP3蛋白含有典型的MADS结构域(氨基酸序列第2~61位)和K结构域(氨基酸序列第86-176)2个保守结构域(图2、图3).由此推测:PAP3基因应属于MADS-box基因家族Ⅱ型基因.

2.2PAP3氨基酸序列同源性比较与系统进化树分析

由图4可以看出,氨基酸序列的5′端保守性较高,而3′端保守性较低,这是MADS-box基因的典型特征.这6个序列是从NCBI上下载,并用DNAMAN软件进行分析的,分别为番茄(NM_001247148)、矮牵牛(Q07472)、马铃薯(X67508)、曼陀罗(AEM60197)、风茄(DQ539405)、烟草(X96428)序列.

在拟南芥中与花发育相关的MADS-box基因分为5个亚族:AP1、AP3/PI、AG、AGL2和孤儿亚族.以拟南芥中的5个亚族作为对照,选取其中一些典型基因对PAP3基因进行系统进化树分析,图5结果表明,PAP3基因与拟南芥AP3

(NP_191002)基因聚为一类,属于MADS-box基因家族中的AP3/PI亚族成员,为植物花器官发育B类功能基因.

3讨论

与其他作物相比,在辣椒中大多数的MADS-box基因仍未被克隆及研究,本试验通过RACE技术克隆了辣椒花器官发育相关的1个MADS-box基因PAP3.氨基酸序列分析和蛋白结构域分析表明,PAP3基因含有典型的MADS-box区域、K-box区域,N端的保守性高于C端.并且与番茄的TAP3 (NM_001247148)、拟南芥(NP191002)具有很高的序列同源性,因此属于MADS-box基因家族.

系统树分析表明,PAP3基因属于MADS-box基因家族中的AP3/PI亚家族成员,为ABC花发育模型理论中的B功能基因,控制植物花瓣和雄蕊的发育[13-17].与AP1亚家族相比,对AP3/PI亚家族的研究比较深入.在这个亚家族的进化过程中主要发生了2次基因重复事件.1次基因重复事件发生在现存的被子植物产生之前,产生了AP3/DEF、PI/GLO 这2个进化系;随后,AP3/DEF进化系中又发生了1次基因重复事件,发生在核心真双子叶植物基部,相似于 euAP1 重复的位置,结果产生TM6、euAP3进化系.在这个亚家族里,经历基因重复后,在拟南芥中产生了AP3、PI基因,金鱼草中产生了DEF、GLO基因[18-20].

本研究表明,PAP3基因属于MADS-box基因家族中控制花瓣和雄蕊发育的B功能基因,今后可通过继续深入研究PAP3基因的功能,最终为阐明辣椒花器官发育的分子调控机制奠定基础.

参考文献:

[1]Tsai W C,Lee P F,Chen H I,et al. PeMADS6,a GLOBOSA/PISTILLATA-like gene in Phalaenopsis equestris involved in petaloid formation,and correlated with flower longevity and ovary development[J]. Plant & Cell Physiology,2005,46(7):1125-1139.

[2]Vandenbussche M,Zethof J,Royaert S,et al. The duplicated B-class heterodimer model:whorl-specific effects and complex genetic interactions in Petunia hybrida flower development[J]. The Plant Cell,2004,16(3):741-754.

[3]Preston J C,Hileman L C. SQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN 1 initiates flowering in Antirrhinum majus through the activation of meristem identity genes[J]. The Plant Journal,2010,62(4):704-712.

[4]Shindo C,Lister C,Crevillen P,et al. Variation in the epigenetic silencing of FLC contributes to natural variation in Arabidopsis vernalization response[J]. Genes & Development,2006,20(22):3079-3083.

[5]Verdonk J C,Shibuya K,Loucas H M,et al. Flower-specific expression of the Agrobacterium tumefaciens isopentenyltranerase gene results in radial expansion of floral organs in Petunia hybrida[J]. Plant Biotechnology Journal,2008,6(7):694-701.

[6]Chae E,Tan Q K,Hill T A,et al. An arabidopsis f-box protein acts as a transcriptional co-factor to regulate floral development[J]. Development,2008,135(7):1235-1245.

[7]Liu Y,Schiff M,Dinesh-Kumar S P. Virus-induced gene silencing in tomato[J]. Plant Journal,2002,31(6):777-786.

[8]Xu G,Ma H,Nei M,et al. Evolution of F-box genes in plants:different modes of sequence divergence and their relationships with functional diversification[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2009,106(3):835-840.

[9]Elitzur T,Vrebalov J,Giovannoni J J,et al. The regulation of MADS-box gene expression during ripening of banana and their regulatory interaction with ethylene[J]. Journal of Experimental Botany,2010,61(5):1523-1535.

[10]Colombo M,Masiero S,Vanzulli S,et al. AGL23,a type I MADS-box gene that controls female gametophyte and embryo development in Arabidopsis[J]. The Plant Journal,2008,54(6):1037-1048.

[11]Tsaftaris A,Pasentsis K,Makris A,et al. The study of the E-class SEPALLATA3-like MADS-box genes in wild-type and mutant flowers of cultivated saffron crocus (Crocus sativus L.) and its putative progenitors[J]. Journal of Plant Physiology,2011,168(14):1675-1684.

[12]郭爽,沈火林,杨文才,等. 利用抑制消减杂交技术分离辣椒细胞质雄性不育育性恢复相关EST[J]. 园艺学报,2009,36(10):1443-1449.

[13]Becker A,Theissen G. The major clades of MADS-box genes and their role in the development and evolution of flowering plants[J]. Molecular Phylogenetics and Evolution,2003,29(3):464-489.

[14]Kim S H,Mizuno K,Fujimura T. Isolation of MADS-box genes from sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) expressed specifically in vegetative tissues[J]. Plant & Cell Physiology,2002,43(3):314-322.

[15]Li H L,Wang Y,Guo D,et al. Three MADS-box genes of Hevea brasiliensis expressed during somatic embryogenesis and in the laticifer cells[J]. Molecular Biology Reports,2011,38(6):4045-4052.

[16]Mathew R,Rosenthal A,Fellows K,et al. MADS-box gene family in rice:genome-wide identification,organization and expression profiling during reproductive development and stress[J]. BMC Genomics,2007,8:242.

[17]Zhang B,Su X,Zhou X. A MADS-box gene of Populus deltoides expressed during flower development and in vegetative organs[J]. Tree Physiology,2008,28(6):929-934.

[18]Whipple C J,Ciceri P,Padilla C M,et al. Conservation of B-class floral homeotic gene function between maize and Arabidopsis[J]. Development,2004,131(24):6083-6091.

[19]Aoki S,Uehara K,Imafuku M,et al. Phylogeny and divergence of basal angiosperms inferred from APETALA3-and PISTILLATA-like MADS-box genes[J]. Journal of Plant Research,2004,117(3):229-244.

[20]刘菊华,徐碧玉,张静,等. MADS-box转录因子的相互作用及对果实发育和成熟的调控[J]. 遗传,2010,32(9):893-902.

生物信息学论文范文结:

关于本文可作为生物信息学方面的大学硕士与本科毕业论文生物信息学论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。

1、医学信息学杂志

2、生物信息学论文

3、中华医院感染学杂志

4、新课程导学期刊

5、电子信息工程专业论文

6、移动信息期刊