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大白菜GID1家族基因鉴定及表达模式分析
宋晴晴 张慧敏 张烨 张一卉 李景娟 李化银 贺立龙 王凤德 高建伟 摘要:大白菜是我国分布最广、种植面积最大的蔬菜作物,其丰产对安定人民生活起着举足轻重的作用。GID1蛋白是赤霉素信号n analysis
大白菜(Brassica rapa L. ssp. pekinensis)起源于中国,常年种植面积2×106 hm2左右,总产约1亿吨,是种植面积、产量最大的蔬菜作物,素有“国菜”之称。长期生产实践表明,大白菜产量与叶球大小直接相关并且受严格的遗传控制。因此,挖掘参与调控大白菜叶球大小的相关基因将不仅有助于阐明叶球发育的分子调控机制,还有助于通过分子辅助育种手段提高大白菜产量。
赤霉素(gibberellin, GA)作为一种重要的植物激素,参与调控植物生长和发育,如种子萌发、植株生长、花器官形成以及果实发育等[1,2]。GID1(GIBBERELLIN-INSENSITIVE DWARF1)蛋白是赤霉素信号转导过程中的重要受体,能特异性地结合活性GA,并进一步与DELLA蛋白结合形成复合体[3,4]。而这个复合体可以被特定的泛素E3连接酶复合体(SCFSLY1/GID2)多聚泛素化后被26S蛋白酶降解,从而产生GA效应[5]。2005年,人们在水稻中首次发现GID1蛋白,gid1-1突变体表现为植株矮化,对GA不敏感[6]。Nakajima等[7]研究发现拟南芥基因组存在GID1a、GID1b和GID1c三个成员,进一步研究[8]表明,三个成员中任何一个发生功能缺失突变对植株表型几乎没有影响,但同时发生功能缺失突变则可导致植株极其矮小,对GA完全不敏感。最近,Illouz-Eliaz等[2]发现另一种模式植物番茄基因組中也存在三个GID1成员,同样是在三者同时发生功能缺失时出现植株极其矮小的表型,从而说明GID1不同成员间存在功能冗余。然而,Cheng等[9]对桃树两个GID1成员的研究发现,一个基因(GID1c)发生突变即可导致植株矮小。因此,对于不同植物而言,GID1成员在调控生长发育的过程中存在一定分化,并且GID1基因在调控植物大小的发育过程中发挥作用。但目前尚未见关于大白菜GID1基因的研究报道。 基于上述分析,本研究首先在大白菜全基因组水平上对GID1家族基因进行鉴定,后对其在染色体上的分布、基因结构、系统进化以及表达模式等进行分析,以期了解GID1基因功能,并为其在大白菜分子育种中的进一步应用提供参考。
1材料与方法
大白菜GID1基因鉴定
本研究从拟南芥基因组网站(/)下载了拟南芥GID1家族成员的蛋白序列,并以其为探针分别在NCBI()和大白菜基因组网站(/)上进行BLAST检索。提取最优比对结果,然后利用在线软件SMART (-)對候选基因进一步验证,确保其含有HGG和GXSXG蛋白保守结构域。
生物信息学分析
利用ExPASy Proteomics Server 工具()中提供的ProtParam软件进行转录因子蛋白的分子量、理论等电点分析,GSDS软件(/)分析内显子/外含子结构,MEME软件(/)分析保守基序(Motif),SMART 软件(-)分析保守结构域,DNAMAN软件进行氨基酸序列的多重比对分析,,MapChart软件进行染色体分布分析,PlantCARE软件(http://bioinform--ntcare/html/)进行启动子区顺式作用元件分析。
番茄、水稻和玉米GID1家族成员的氨基酸序列下载自Phytozome基因组网站()。
大白菜GID1基因表达模式分析
参照Tong等[10]的数据对BrGID1基因在大白菜根、茎、叶、花以及角果中的表达模式进行分析,RPKM值取对数值后利用TBtools软件绘制热图。
不同叶位叶片BrGID1基因表达模式分析所用大白菜品种为西白16(山东登海种业股份有限公