邵紅霞,陳鴻飛,張 東,吳海芹,趙彩平,韓明玉
(西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院,陜西 楊凌 712100)
蘋果YABBY基因家族的鑒定、進(jìn)化及表達(dá)分析
邵紅霞,陳鴻飛,張 東,吳海芹,趙彩平,韓明玉*
(西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院,陜西 楊凌 712100)
從蘋果全基因組范圍內(nèi)共鑒定出13個(gè)YABBY基因,通過聚類分析將其分為YAB1/YAB3、YAB2、INO、YAB5和CRC 5個(gè)亞家族。MdYABBY基因分布在蘋果的9條染色體上,在第16條染色體上分布最多。MdYABBY蛋白長度介于60~538個(gè)氨基酸,等電點(diǎn)為4.84~9.81,所有MdYABBY蛋白都包含有鋅指結(jié)構(gòu)和YABBY 兩個(gè)保守結(jié)構(gòu)域,同一個(gè)亞家族內(nèi)的成員表現(xiàn)出相似的基因結(jié)構(gòu)和蛋白保守基序分布;基因順式作用元件分析發(fā)現(xiàn),MdYABBY基因包含許多與抗逆和激素響應(yīng)有關(guān)的作用元件。基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),MdYABBY基因在花、果和葉中的表達(dá)量較高,5個(gè)MdYABBY基因在果實(shí)發(fā)育的3個(gè)時(shí)期均明顯地上調(diào)表達(dá)。
蘋果;YABBY基因;聚類分析;進(jìn)化;基因表達(dá)
轉(zhuǎn)錄因子能夠特異識(shí)別并結(jié)合于靶基因上游啟動(dòng)子區(qū)域的特異DNA序列模體,使其轉(zhuǎn)錄激活或抑制,從而調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育[1-2]。根據(jù)轉(zhuǎn)錄因子蛋白質(zhì)序列中特異DNA結(jié)合域的不同,可以將轉(zhuǎn)錄因子分為不同的家族[3-4]。一些轉(zhuǎn)錄因子同時(shí)存在于植物和動(dòng)物,如HB(同源異型盒蛋白)、HSF(熱激轉(zhuǎn)錄因子)等;也有一些轉(zhuǎn)錄因子是植物特有的,比如WRKY轉(zhuǎn)錄因子[5]、YABBY轉(zhuǎn)錄因子[6-7]。其中,YABBY轉(zhuǎn)錄因子包含2個(gè)保守結(jié)構(gòu)域:N端的鋅指結(jié)構(gòu)域和C端的YABBY結(jié)構(gòu)域[8];除鋅指結(jié)構(gòu)域和YABBY結(jié)構(gòu)域以外,不同亞家族基因編碼的蛋白通常還具有以該亞家族為特點(diǎn)的其他保守結(jié)構(gòu)域[9]。在擬南芥、西紅柿等植物中,YABBY基因家族包含5個(gè)亞族,分別為CRABS CLAW(CRC)、FILAMENTOUS FLOWER(FIL)/YABBY3(YAB3)、INNER NO OUTER(INO)、YABBY2(YAB2)和YABBY5(YAB5),而水稻中只包含4個(gè)亞族,沒有YABBY5(YAB5)亞家族。同一亞族內(nèi)YABBY基因在進(jìn)化過程中往往發(fā)生功能分化[10-12]。此外,擬南芥、水稻和番茄等被子植物中許多YABBY基因的發(fā)現(xiàn)為研究YABBY基因家族的進(jìn)化提供了重要參考價(jià)值[12]。
大量的研究表明,YABBY轉(zhuǎn)錄因子能夠決定植物側(cè)生器官遠(yuǎn)軸面細(xì)胞命運(yùn)[13],并與葉和花等器官的形態(tài)建成有關(guān)[6,14]。擬南芥中共鑒定出6個(gè)YABBY基因家族成員,分別為FILAMENTOUSFLOWER(FIL)、YABBY3、CRABSCLAW(CRC)、INNERNOOUTER(INO)、YABBY2和YABBY5[15]。其中,F(xiàn)IL在植物花器官發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用[16-18],CRC跟蜜腺大小和心皮極性有關(guān)[19-20],INO參與外珠被的發(fā)育[21],YAB2和YAB3在側(cè)生器官的遠(yuǎn)軸面表達(dá)[22]。
蘋果被譽(yù)為溫帶水果之王,與人們生活和國民經(jīng)濟(jì)密不可分。然而,YABBY蛋白作為一類影響植物生長發(fā)育的重要調(diào)控因子,在蘋果中研究還比較少。本研究中,在蘋果全基因組范圍內(nèi)共鑒定出13個(gè)YABBY基因家族成員,并對它們的基因復(fù)制、基因結(jié)構(gòu)、蛋白保守基序、順式作用元件、組織特異性和在果實(shí)發(fā)育中的表達(dá)特性等做了研究,以期為進(jìn)一步深入探索蘋果YABBY基因家族的功能提供借鑒。
1.1 蘋果YABBY基因的鑒定
在Pfam數(shù)據(jù)庫(http://pfam.xfam.org/)下載包含YABBY結(jié)構(gòu)域的多重序列比對文件(PF04690),并以此文件構(gòu)建HMM模型(隱馬爾科夫模型)。從GDR(Genome Database for Rosaceae)數(shù)據(jù)庫(http://www.phytozome.net/apple)下載金冠蘋果全基因組序列[23]。然后用HMMER 2.0[24]軟件包在蘋果全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行YABBY家族成員的搜索(e≥0.01)。為了進(jìn)一步確保搜索的準(zhǔn)確性,對得到的所有蘋果YABBY家族候選成員用Pfam(http://pfam.xfam.org/search/sequence)和NCBI Conserved Domains Database(NCBI CDD, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行YABBY蛋白保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測(e≥0.01)[25]。最后,在蘋果全基因組范圍內(nèi)共鑒定出13個(gè)YABBY基因。
1.2 蘋果YABBY基因的系統(tǒng)進(jìn)化分析
依據(jù)前人對擬南芥、玉米、水稻和西紅柿YABBY基因的鑒定結(jié)果[14,26,11,27],分別在The Arabidopsis Information Resource(TAIR,http://www.Arabidopsis.org/index.jsp)、V3版玉米自交系B73參考基因組數(shù)據(jù)(http: //plants. Ensembl.org /Zea_mays /Info /Index)、National Center for Biotechnology Information(NCBI,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)和Sol Genomics Network (https://solgenomics.net/)下載擬南芥、玉米、水稻和西紅柿的YABBY蛋白序列,然后利用MAGE 5.0軟件對來自5個(gè)物種的共49個(gè)YABBYA蛋白構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。生成算法采用鄰接法(Neighbor-Joining,NJ),校驗(yàn)參數(shù)采用Bootstrap重復(fù)1 000次。
1.3 蘋果YABBY基因的復(fù)制和染色體位置
從AppleGFDB(http://www.applegene.org/)下載蘋果YABBY基因的染色體位置信息,用MapInspect軟件作圖。利用DNAMAN軟件[28]分別對13個(gè)蘋果YABBY的基因和蛋白序列進(jìn)行多重序列比對,依據(jù)比對結(jié)果鑒定蘋果YABBY基因旁系同源對。旁系同源對基因須滿足以下2個(gè)條件:(1)兩基因序列對齊之后,短基因序列比長基因序列的覆蓋率大于70%。(2)兩基因蛋白序列的一致性大于70%[29-30]。
1.4 蘋果YABBY基因的結(jié)構(gòu)、保守基序分析
利用在線Gene Structure Display Server(GSDS, http://gsds.cbi.pku.edu.cn/)工具對蘋果YABBY基因結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。利用在線MEME 4.11.1(http://meme-suite.org/)工具對蘋果YABBY蛋白序列進(jìn)行保守基序搜索,除最大保守基序數(shù)量為10個(gè)以外,其他參數(shù)均為默認(rèn)設(shè)置。
1.5 蘋果YABBY蛋白的理化性質(zhì)和多重序列比對分析
用ExPaSy提供的在線Protparam(http://web.expasy.org/protparam/)軟件進(jìn)行蛋白長度、分子量、理論等電點(diǎn)、不穩(wěn)定系數(shù)、脂肪族氨基酸指數(shù)和蛋白質(zhì)疏水性分析。利用DNAMAN軟件[28]對13個(gè)蘋果YABBY蛋白和6個(gè)擬南芥YABBY蛋白進(jìn)行多重序列比對,參數(shù)采用系統(tǒng)默認(rèn)數(shù)值。
1.6 蘋果YABBY基因的順式作用元件分析
從金冠蘋果全基因組序列中獲取YABBY基因起始密碼子(ATG)上游1 500 bp的DNA序列,利用在線PlantCARE(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)進(jìn)行分析,采用默認(rèn)參數(shù)設(shè)置。
1.7 蘋果YABBY基因的表達(dá)特性分析
從The European Bioinformatics Institute(EBI,http://www.ebi.ac.uk/)芯片數(shù)據(jù)庫下載金冠以及不同蘋果雜交種不同器官的基因表達(dá)數(shù)據(jù)(E-GEOD-42873),提取MdYABBY基因表達(dá)量;同樣在EBI芯片數(shù)據(jù)庫下載果實(shí)發(fā)育芯片數(shù)據(jù)(E-GEOD-24523)及其探針序列(A-GEOD-11164),構(gòu)建探針序列的本地blast數(shù)據(jù)庫,然后利用蘋果YABBYCDS序列進(jìn)行比對,選取e=0且DNAMAN軟件比對之后完全匹配的探針代表該YABBY基因,提取MdYABBY基因表達(dá)量。最后,采用Mev_4_9_0軟件進(jìn)行聚類并作圖分析。
2.1 蘋果YABBY基因的鑒定
通過生物信息學(xué)分析,本研究共獲得13個(gè)蘋果YABBY基因家族成員(表1),根據(jù)它們的染色體位置信息,將得到的13個(gè)蘋果YABBY基因依次命名為MdYABBY1 ~MdYABBY13。對MdYABBY基因和MdYABBY蛋白的理化性質(zhì)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),MdYABBY基因的CDS序列長度介于183(MdYABBY11)~1 617 bp(MdYABBY6);MdYABBY蛋白包含60(MdYABBY11)~538(MdYABBY6)個(gè)氨基酸,分子量為6 691.5(MdYABBY11)~59 846.3 u(MdYABBY6),等電點(diǎn)介于4.84(MdYABBY13)~9.81 (MdYABBY11)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),所有預(yù)測的MdYABBY蛋白的GRAVY值均為負(fù)值,即MdYABBY蛋白都是親水蛋白,只是親水程度不同。13個(gè)MdYABBY蛋白成員中只有MdYABBY1,MdYABBY10和MdYABBY11的不穩(wěn)定
表1 蘋果YABBY基因家族
Table 1 YABBY gene family in apple
類別Group基因編號(hào)GeneNo.基因組登錄號(hào)GeneaccessionNO.長度LengthofCDS/bp大小Size/aa分子量Molecularweight/u等電點(diǎn)pI不穩(wěn)定系數(shù)Instabilityindex脂肪族氨基酸指數(shù)Aliphaticindex蛋白質(zhì)疏水性HydrophobicityCRCMdYABBY8MDP000017187862120622447487249155354-0573MdYABBY11MDP0000124879183606691598128144917-0887MdYABBY12MDP000029172954918220182985242685791-0594YAB1/YAB3MdYABBY5MDP000019294065721824336582643757417-0424MdYABBY4MDP000029833359119622116388841087158-0499MdYABBY3MDP000036629188229533396086346957139-0576MdYABBY2MDP000050081076825528580287049757263-0485YAB2MdYABBY7MDP000033180855218520438790252886276-0585MdYABBY6MDP0000252640161753859846384140038032-0328YAB5MdYABBY1MDP000025541556718821255276139906543-0588MdYABBY10MDP000026143245014916422667835676745-0394INOMdYABBY13MDP000012622166322024892348451747268-0438MdYABBY9MDP0000263713132043949820191047567194-0564
系數(shù)小于40,證明大部分MdYABBY蛋白都是不穩(wěn)定蛋白。這些分析結(jié)果可以進(jìn)一步為MdYABBY蛋白的提純、活性和功能研究提供理論基礎(chǔ)。
2.2 蘋果YABBY基因的復(fù)制和染色體定位分析
根據(jù)13個(gè)MdYABBY基因在染色體上的位置信息,利用MapInspect工具進(jìn)行染色體定位作圖。所有的MdYABBY基因都能找到相匹配染色體定位信息,共分布在9條染色體上(分別為染色體2、5、6、9、10、11、13、15和16)(圖1)。其中,16號(hào)染色體分布3個(gè),是富集MdYABBY基因最多的染色體,在第2和13號(hào)染色體上均分布2個(gè)MdYABBY基因,其他染色體分別僅有1個(gè)MdYABBY基因分布。另外,共鑒定出3組基因復(fù)制對(MdYABBY1/MdYABBY10、MdYABBY8/MdYABBY12、MdYABBY4/MdYABBY5)。
2.3YABBY基因系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建和蛋白多重序列比對
為了研究MdYABBY基因的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系,利用MAGE 5.0軟件構(gòu)建了一個(gè)包含擬南芥、番茄、蘋果、水稻和玉米5個(gè)物種YABBY基因的系統(tǒng)發(fā)育樹(圖2)。發(fā)現(xiàn)蘋果YABBY家族與擬南芥、玉米、水稻和番茄的相似性較低,而蘋果YABBY家族成員之間有明顯的對應(yīng)關(guān)系,比如,MdYABBY9與MdYABBY13,MdYABBY8與MdYABBY11、MdYABBY12,MdYABBY1與MdYABBY10等。根據(jù)它們的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系,并結(jié)合前人對擬南芥、玉米和水稻YABBY基因的系統(tǒng)進(jìn)化分析[31,12],將13個(gè)MdYABBY基因分為5個(gè)亞家族,分別命名為YAB1/YAB3、YAB2、CRC、INO和YAB5。其中,YAB1/YAB3包含的家族成員數(shù)量最多,有4個(gè)家族成員(MdYABBY2、MdYABBY3、MdYABBY4和MdYABBY5),CRC包含有3個(gè)家族成員(MdYABBY8、MdYABBY11和MdYABBY12);YAB2、YAB5和INO都分別只包含2個(gè)家族成員。
為了研究YABBY蛋白序列的特征,用DNAMAN軟件對蘋果和擬南芥所有的YABBY蛋白的氨基酸進(jìn)行多重序列比對分析,結(jié)果表明,所有的序列都具有2個(gè)相對保守的結(jié)構(gòu)域,即位于N端的鋅指結(jié)構(gòu)域和C端的YABBY結(jié)構(gòu)域(圖3),這說明YABBY蛋白在不同物種間具有高度保守性。
2.4MdYABBY基因結(jié)構(gòu)與蛋白保守基序分析
利用在線基因結(jié)構(gòu)顯示系統(tǒng)(GSDS)對所有YABBY基因的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),MdYABBY基因的外顯子個(gè)數(shù)從3(MdYABBY12)到11(MdYABBY6)不等。利用MEME工具對所有YABBY家族成員的保守基序進(jìn)行搜索鑒定,共鑒定出10個(gè)保守基序,其中Motif 2和Motif 3代表C2C2型鋅指結(jié)構(gòu)域,Motif 1代表YABBY結(jié)構(gòu)域。同一個(gè)亞家族的成員表現(xiàn)出相似的基因結(jié)構(gòu)和蛋白保守基序分布,比如亞家族YAB1/YAB3的成員都含有7個(gè)外顯子和Motif 4、Motif 5,且都是由第4~6個(gè)外顯子編碼YABBY結(jié)構(gòu)域。亞家族INO中所有成員的YABBY結(jié)構(gòu)域都是由自3′端向5′端為順序的第2、3和4這3個(gè)外顯子所編碼,且都包含motif 9和motif 10。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),除MdYABBY10以外,所有成員的YABBY結(jié)構(gòu)域均由3個(gè)外顯子編碼;所有編碼YABBY結(jié)構(gòu)域的外顯子均位于基因片段的3′端,所有編碼鋅指結(jié)構(gòu)域的外顯子位于基因片段的5′端。上述結(jié)果表明,無論是基因結(jié)構(gòu)還是蛋白保守基序,MdYABBY基因家族都有一定的保守性。
圖1 MdYABBY基因在染色體上的位置Fig.1 Chromosomal locations of MdYABBY genes
圖2 蘋果、水稻、玉米、番茄和擬南芥YABBY轉(zhuǎn)錄因子的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.2 An unrooted phylogenetic tree of YABBY transcription factors in apple, rice, maize, tomato and Arabidopsis
圖3 蘋果和擬南芥YABBY蛋白保守結(jié)構(gòu)域氨基酸序列比對Fig.3 Amino acid sequence alignment of YABBY protein conserved domains in apple and Arabidopsis
2.5MdYABBY基因的順式作用元件分析
基因的表達(dá)依賴于順式作用元件和反式作用因子的相互作用,通過分析啟動(dòng)子及其上游序列的順式作用元件能夠預(yù)測基因的功能。對13個(gè)蘋果YABBY基因的順式作用元件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),YABBY基因含有大量與光響應(yīng)和胚乳表達(dá)相關(guān)的順式作用元件,其次,含有許多與抗逆(干旱和低溫響應(yīng)等)和激素響應(yīng)(脫落酸和赤霉素誘導(dǎo)等)有關(guān)的作用元件(圖5)。
圖4 MdYABBY基因結(jié)構(gòu)與蛋白基序分配Fig.4 Gene structures of MdYABBY genes and schematic diagram of conserved motifs of MdYABBY proteins
1, 光響應(yīng);2, 分生組織表達(dá)與激活;3, 胚乳表達(dá);4, 種子特異性調(diào)控;5, 芽特異表達(dá)和光響應(yīng);6, 抗病和脅迫誘導(dǎo);7, 玉米醇溶蛋白代謝調(diào)控;8, 脫落酸誘導(dǎo);9, 茉莉酸甲酯誘導(dǎo);10, 水楊酸誘導(dǎo);11, 赤霉素誘導(dǎo);12, 生長素誘導(dǎo);13, 乙烯響應(yīng);14, 干旱誘導(dǎo);15, 低溫響應(yīng);16, 熱脅迫響應(yīng);17, 晝夜節(jié)律調(diào)控1, light-responsiveness; 2, meristem expression and specific activation; 3, endosperm expression; 4, Seed-specific regulation; 5, shoot-specific expression and light responsiveness; 6, defense and stress responsiveness; 7, zein metabolism regulation; 8, abscisic acid responsiveness; 9, MeJA-responsiveness; 10, salicylic acid responsiveness; 11, gibberellin-responsiveness; 12, auxin-responsiveness; 13, ethylene-responsiveness; 14, drought-inducibility; 15, low-temperature responsiveness; 16, heat stress responsiveness; 17, circadian control圖5 MdYABBY基因順式作用元件Fig.5 The cis-acting elements of MdYABBY genes
2.6MdYABBY基因在不同品種蘋果中的表達(dá)
為了研究MdYABBY基因在不同組織中的表達(dá)特性,從EBI芯片數(shù)據(jù)庫下載MdYABBY基因在金冠以及不同雜交種蘋果不同器官的表達(dá)數(shù)據(jù)[32],并作圖(圖6)。分析發(fā)現(xiàn),MdYABBY7在花、葉以及不同成熟期的果實(shí)中表達(dá)量均較高,MdYABBY1和MdYABBY10在不同雜交種蘋果花和葉中的表達(dá)量較高,MdYABBY8、MdYABBY11和MdYABBY12在不同雜交種蘋果花和果實(shí)中的表達(dá)量明顯高于其他器官??傮w來看,蘋果YABBY家族基因在花、果和葉中的表達(dá)量相對較高。
2.7MdYABBY基因在不同果實(shí)發(fā)育時(shí)期的表達(dá)
為了進(jìn)一步研究MdYABBY基因在蘋果果實(shí)發(fā)育過程中的作用,從EBI芯片數(shù)據(jù)庫獲取果實(shí)發(fā)育芯片數(shù)據(jù),表達(dá)結(jié)果如圖7所示。圖中從左到右依次分別代表蘋果品種Honey Crisp(HC)和Crispps Pink(CP)在果實(shí)發(fā)育過程的3個(gè)時(shí)期:果實(shí)成熟期(week-0)、果實(shí)成熟之前2周(week-2)和果實(shí)成熟之前4周(week-4)MdYABBY基因的表達(dá)情況。結(jié)果表明,MdYABBY1、MdYABBY8和MdYABBY10在果實(shí)發(fā)育的3個(gè)時(shí)期表達(dá)量一直較低,而MdYABBY2、MdYABBY3、MdYABBY6、MdYABBY7和MdYABBY9在不同品種果實(shí)發(fā)育的3個(gè)時(shí)期表達(dá)量均比較高。
GD, 金冠;MM67、M74、M20、X8877、M14、M49、X4102、X4442和X3069為不同蘋果雜交種GD, Golden Delicious; M67, M74, M20, X8877, M14, M49, X4102, X4442 and X3069 are various apple hybrids圖6 MdYABBY基因在不同品種蘋果不同器官中的表達(dá)Fig.6 The expresstion levels of MdYABBY genes in various apple organ systems
圖7 蘋果YABBY家族基因在果實(shí)成熟過程中的表達(dá)Fig.7 Expression profile of the MdYABBY family genes during fruit development in apple
YABBY蛋白是植物特有的一類轉(zhuǎn)錄因子,其家族成員已在不同物種中被鑒定出來。其中,在擬南芥、水稻、大白菜、玉米和西紅柿中分別鑒定出6[33]、8[12]、11[34]、13[26,31]、9個(gè)[35]。本研究利用生物信息學(xué)方法,首次在蘋果全基因組范圍內(nèi)鑒定出13個(gè)YABBY基因,發(fā)現(xiàn)YABBY基因家族成員在不同物種中的數(shù)量較少。根據(jù)13個(gè)MdYABBY基因的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系將其分為5個(gè)亞家族,其中,YAB1/YAB3亞家族包含的MdYABBY基因數(shù)量最多,這些與水稻、玉米等其他物種中的結(jié)論一致。除此之外,無論單純在蘋果這一物種內(nèi)的橫向比較,還是在蘋果和擬南芥2個(gè)物種間的縱向比較,同一個(gè)亞家族內(nèi)基因成員的基因結(jié)構(gòu)以及蛋白保守基序的分布都具有一定的保守性。
大量的研究表明,YABBY基因在植物側(cè)生器官發(fā)育過程中具有重要的作用[36-38]。例如,在擬南芥和金魚草的研究中發(fā)現(xiàn),YABBY基因涉及一個(gè)產(chǎn)生于側(cè)生器官并能夠影響分生組織活動(dòng)的信號(hào)[39-41];在水稻中發(fā)現(xiàn),YABBY家族成員在種子、花器官和葉發(fā)育過程中均有表達(dá)[12];在西紅柿中,YABBY家族成員在花、營養(yǎng)組織和果實(shí)前期發(fā)育中均有表達(dá)[35]。此外,YABBY轉(zhuǎn)錄因子還能夠分別與LEUNIG(LUG)和SEUSS(SEU)互作,從而形成抑制因子復(fù)合體(LUG是擬南芥花同源異型基因的阻遏物,SEU是LUG的輔調(diào)節(jié)蛋白)[41-42]。
本研究發(fā)現(xiàn),YABBY基因含有大量的激素誘導(dǎo)和植物逆境響應(yīng)相關(guān)順式作用元件,表明MdYABBY基因可能與植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和植物逆境響應(yīng)密切相關(guān),特別是赤霉素、脫落酸和乙烯等激素誘導(dǎo)相關(guān)作用元件和胚乳表達(dá)有關(guān)作用元件的發(fā)現(xiàn),推測MdYABBY基因可能與蘋果花發(fā)育和果實(shí)有關(guān)。對13個(gè)MdYABBY基因在金冠以及不同雜交種蘋果不同器官的表達(dá)特性作了系統(tǒng)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),MdYABBY基因明顯地在花、果和葉等側(cè)生器官中上調(diào)表達(dá)。這進(jìn)一步暗示了MdYABBY基因與擬南芥YABBY基因類似,它們在側(cè)生器官比如花、果和葉等發(fā)育過程中發(fā)揮著一定的作用。值得一提的是,MdYABBY基因在不同的蘋果雜交種相同的器官中表達(dá)有差異,比如MdYABBY基因在雜交種M20幼果中的表達(dá)量較成熟果高,而在M74中的表達(dá)情況卻恰恰相反,但總體上,MdYABBY基因在蘋果果實(shí)中的表達(dá)量比較高;基于此,關(guān)于YABBY基因在蘋果某一品種或雜交種中具體的功能還需做專門的、更具針對性的深入研究。為了初步驗(yàn)證我們的猜想,從EBI芯片數(shù)據(jù)庫下載果實(shí)不同發(fā)育期芯片數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)5個(gè)基因(MdYABBY2、MdYABBY3、MdYABBY6、MdYABBY7和MdYABBY9)在不同品種果實(shí)發(fā)育過程的3個(gè)時(shí)期表達(dá)明顯上調(diào)。有研究指出,SlYABBY1a在調(diào)控西紅柿果實(shí)形狀和大小中發(fā)揮著重要的作用,SlYABBY2a在西紅柿果實(shí)馴化過程中能夠調(diào)控極端的果實(shí)大小[27]。從系統(tǒng)發(fā)育樹上看,蘋果中與SlYABBY1a和SlYABBY2a同源關(guān)系最近的基因分別為MdGATA2、MdGATA3以及MdGATA6、MdGATA7,這4個(gè)基因在蘋果果實(shí)發(fā)育的3個(gè)階段都有較高的表達(dá),推測這些基因也會(huì)發(fā)揮類似的功能。這些結(jié)果初步證明了MdYABBY基因在蘋果果實(shí)發(fā)育過程中可發(fā)揮一定的作用。進(jìn)一步確認(rèn)和深入分析MdYABBY基因如何在蘋果果實(shí)發(fā)育過程中發(fā)揮功能,還需大量系統(tǒng)深入的分子生物學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果分析,MdYABBY基因能否在花和葉等其他側(cè)生器官發(fā)育的不同時(shí)期發(fā)揮不同的作用也需要進(jìn)一步深入探索。
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(責(zé)任編輯 侯春曉)
Identification, evolution and expression analysis of the YABBY gene family in apple (Malus×domesticaBorkh.)
SHAO Hongxia, CHEN Hongfei, ZHANG Dong, WU Haiqin, ZHAO Caiping, HAN Mingyu*
(CollegeofHorticulture,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China)
13Malus×domesticaYABBYgenes were characterized and divided into five groups (YAB1/YAB3, YAB2, INO, YAB5 and CRC). All theM.domesticaYABBYgenes distributed on nine chromosomes in which the sixteenth contained the maximum amount of members. The length and isoelectric points ofM.domesticaYABBY proteins were from 60 to 538 amino acids and 4.84 to 9.81, respectively. All the 13M.domesticaYABBY proteins had a zinc finger-like domain in the N terminus and a YABBY domain in the C terminus, and the members of one subgroup present similar gene structure and conserved protein motifs, then thecis-elements analysis found that there were manycis-elements related to stress and hormone response. Gene expression analysis indicated that most of theM.domesticaYABBYgenes were highly expressed in flower, fruits and leaves. FiveMdYABBYgenes were all greatly up-regulated during three fruit development.
apple;YABBYgene; cluster analysis; evolution; gene expression
http://www.zjnyxb.cn邵紅霞, 陳鴻飛, 張東, 等. 蘋果YABBY基因家族的鑒定、進(jìn)化及表達(dá)分析[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 29(7): 1129-1138.
10.3969/j.issn.1004-1524.2017.07.10
2017-02-27
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD20B03);國家星火計(jì)劃項(xiàng)目(2014GA850002);國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-28),國家蘋果改良中心楊凌分中心,陜西省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與攻關(guān)項(xiàng)目(2015NY114);陜西省果業(yè)發(fā)展協(xié)同中心和陜西果業(yè)發(fā)展項(xiàng)目
邵紅霞(1991—),女,陜西定邊人,碩士研究生,研究方向?yàn)樘O果花芽分化機(jī)制。E-mail: xnyyshx@163.com
*通信作者,韓明玉,E-mail: hanmy@nwsuaf.edu.cn
S661.1
A
1004-1524(2017)07-1129-10
浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)ActaAgriculturaeZhejiangensis, 2017,29(7): 1129-1138