摘 要：利用生物信息學(xué)方法，從玉米基因組中鑒定出一個(gè)與擬南芥的SMO2基因同源的基因，并對這個(gè)基因的染色體分布、遺傳進(jìn)化、順式調(diào)控元件等進(jìn)行了分析，以期為該基因的克隆及功能研究提供有益信息。

關(guān)鍵詞：玉米；SMO2基因；遺傳進(jìn)化；順式元件

中圖分類號(hào)：Q781文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）03-0004-03

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Key words Zea mays L.； SMO2； phylogeny； cis-elements

玉米作為我國最重要的糧食作物之一和典型的C4類模式植物，雜種優(yōu)勢強(qiáng)，產(chǎn)量高，在糧食生產(chǎn)和單子葉植物功能基因組學(xué)研究中具有重要地位。隨著水土資源的日益匱乏和糧食需求的日益增加，糧食安全問題日益突出。如何提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，是我國迫切需要解決的重大課題。從作物自身的遺傳因素入手，解析影響產(chǎn)量形成的遺傳因子及其作用機(jī)理，是進(jìn)行農(nóng)作物產(chǎn)量遺傳改良的重要基礎(chǔ)[10]。近年來多個(gè)植物器官大小和產(chǎn)量相關(guān)基因被克隆，如ARGOS、DA1、ARF2、SMO2、DEP1、GW5、GW2、GS3等[1，2，4，6，8，11，14～21]，玉米中已克隆的與器官大小和產(chǎn)量相關(guān)的基因有CNR1、GS3、GW2等[3，5，12，13]。

SMO2是擬南芥中控制器官大小的正調(diào)控因子，這個(gè)基因突變以后擬南芥植株地上部變小，根系變短，細(xì)胞分裂的速度降低；另外還調(diào)控種子萌發(fā)和ABA的應(yīng)答，該基因突變后擬南芥種子萌發(fā)延遲，對ABA超敏感，過量表達(dá)SMO2基因降低擬南芥種子對ABA的敏感性[6，7]。目前，有關(guān)SMO2的研究在單子葉植物中還未見報(bào)道。本試驗(yàn)利用比較基因組學(xué)的方法從玉米中鑒定出一個(gè)與擬南芥SMO2基因同源的序列，并對這個(gè)基因的染色體分布、遺傳進(jìn)化和順式調(diào)控元件進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步克隆和研究其在玉米生長發(fā)育中的功能奠定了基礎(chǔ)。

1 研究方法

利用擬南芥SMO2基因序列在GenBank中搜索比對玉米的基因組序列 （http：//blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi），尋找玉米SMO2基因序列，并對它的染色體分布、遺傳進(jìn)化和順式元件進(jìn)行分析。遺傳進(jìn)化分析利用MEGA4.1進(jìn)行，采用Bootstrap test-Neighbor Joining 方法，重復(fù)500次運(yùn)算，順式元件預(yù)測采用PlantCARE軟件進(jìn)行在線分析。亞細(xì)胞定位預(yù)測在WoLF PSORT （http：//wolfpsort.org/） 中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米SMO2基因的鑒定和遺傳進(jìn)化分析

利用擬南芥SMO2基因序列在GenBank中搜索比對玉米的基因組序列，結(jié)果在玉米的2號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)SMO2類似序列，位于人工細(xì)菌染色體文庫克隆AC210087.3中（見表1）。它沒有內(nèi)含子，編碼區(qū)為396 bp，預(yù)測編碼的蛋白定位到細(xì)胞質(zhì)中。序列分析表明，ZmSMO2與AtSMO2的序列一致性為51.15%，而與SbSMO2的序列一致性高達(dá)96.95%，與水稻的序列一致性為69.92%，與小麥的序列一致性為74.44%。不同物種SMO2遺傳進(jìn)化分析也表明，玉米和高粱的SMO2關(guān)系最近，同屬一個(gè)分支，與小麥、水稻等的關(guān)系較遠(yuǎn)，但同在一個(gè)類群。而雙子葉植物擬南芥、番茄、蒺藜狀苜蓿等的SMO2與單子葉植物的SMO2關(guān)系較遠(yuǎn)，分在另一個(gè)類群（見圖1）。

2.2 玉米SMO2基因的順式調(diào)控元件分析和功能預(yù)測

順式調(diào)控元件分析表明，玉米的SMO2基因啟動(dòng)子及上游序列中含有ABA應(yīng)答元件ABRE 3個(gè)，茉莉酸甲酯應(yīng)答元件CGTCA-motif 3個(gè)，赤霉素應(yīng)答元件GARE-motif 2個(gè)和TATC-box 1個(gè)， 熱脅迫應(yīng)答元件HSE 1個(gè)， 干旱應(yīng)答元件MBS 1個(gè)， 水楊酸應(yīng)答元件TCA-element 3個(gè)，還有生長素應(yīng)答元件TGA-element 2個(gè)。生長素、赤霉素、茉莉酸甲酯都和植物的生長發(fā)育相關(guān)，而ABA和水楊酸與植物的非生物逆境應(yīng)答、種子萌發(fā)和生物脅迫應(yīng)答有關(guān)。根據(jù)以上分析，本試驗(yàn)認(rèn)為玉米SMO2基因與AtSMO2具有相似的功能，參與了細(xì)胞分裂和器官發(fā)育、ABA應(yīng)答、種子萌發(fā)和逆境應(yīng)答過程，值得深入探討研究。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)利用生物信息學(xué)方法，從玉米的基因組中鑒定出一個(gè)與擬南芥器官大小相關(guān)基因SMO2同源的基因。它不含內(nèi)含子；系統(tǒng)進(jìn)化分析表明它與高粱SMO2的相似性最高，與小麥、高粱、大麥等的SMO2位于同一類群；順式元件分析表明，玉米的SMO2基因上游序列含有多個(gè)激素和逆境應(yīng)答元件，可能參與多個(gè)玉米生長發(fā)育過程。本試驗(yàn)為進(jìn)一步克隆和研究玉米SMO2的功能奠定了基礎(chǔ)。

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