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玉米和苜蓿全基因组WRKY基因的分析及进化研究

江腾  
【摘要】:WRKY蛋白是植物所特有的转录因子家族,结构域均含有高度保守的WRKYGQK氨基酸序列而得名。在很多的植物中发现,在受到伤害、病原物或非生物的胁迫后WRKY基因的表达被快速诱导,有研究结果表明WRKY基因在天然免疫信号传导中起重要作用。所以目前对植物体中WRKY基因的研究已成为一个热点。本研究利用生物信息学的方法对玉米和苜蓿全基因组中WRKY基因进行分析,研究这些基因结构特征和进化关系,获得如下主要结果: 1.本文以模式植物玉米作为研究对象,采用HMM (Hidden Markov Model)和BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)的分析方法最终得到126个WRKY基因。又以苜蓿最新的全基因组数据库(Mt2.0)为研究对象,在苜蓿中发现有28个WRKY基因。 2.对玉米和苜蓿全基因组数据库进行基因复制研究,在玉米中发现结构域复制的WRKY结构域有84个,占WRKY结构域总数的59.1%。在苜蓿中发现结构域复制的WRKY结构域有19个,占WRKY结构域总数的57.3%,玉米稍高一点。 3.玉米染色体定位发现2号染色体上分布数目最多,含有19个,其次3号和7号染色体各分布16个。而苜蓿WRKY基因在5号染色体有8个WRKY基因,8号染色体有6个基因,而2号染色体和6号染色体上不含有WRKY基因。由上可知,WRKY基因在染色体上分布都不均衡。 4.对玉米WRKY结构域进行系统发生学分析,发现第1种类型N端和C端的结构域基本上在同一进化分枝上,说明他们有其单独的起源和进化关系。从结构域的序列比较可以发现,第Ⅰ种和第Ⅱ类基本上比较保守,他们的同源性较高。对玉米与高粱中比较WRKY结构域进化分析,结果显示第1种类型的N端和C端的结构域聚集在一起,说明他们的第一种类型的WRKY结构域都是比较保守的,可能他们有共同的起源。并且发现第1种类型是最保守的WRKY结构域。 5.在苜蓿全基因组有28个WRKY基因,占基因总数的0.072%,远远少于模式植物水稻和玉米。说明了玉米和苜蓿的WRKY基因在进化上具有较大差异,证实了这些差异可能早在单子叶与双子叶植物分化前就已经产生。特别是第一组的5个基因的N端WRKY在一个分枝上,C端WRKY也在同一分枝上,说明了N端与C端WRKY起源不同,与在玉米中得到的结论一样。此外分析苜蓿WRKY基因的保守motif,筛选得到WRKY结构域的5个保守motif。 综上所述,该研究分析了玉米、苜蓿全基因组WRKY的结构、数量、进化等,对于WRKY基因的克隆和功能研究具有重要的理论和实践意义。


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