玉米全基因组ARF基因的分析及进化研究

论文摘要

生长素是植物生长过程中必不可缺的一类激素，在植物生长发育的各个阶段都起到重要作用。近年来，对植物中的ARF基因不论是信号途径的转导还是表达机制的研究都成为热点问题。本研究通过使用生物信息学软件对玉米全因组中的ARF类型基因进行结构分析、系统进化和表达分析，同时也将玉米与其他物种的ARF基因进行进化比较分析。全面的分析ARF家族基因，对于ARF基因的分子克隆和分子进化的研究具有重要指导意义。获得主要结果如下：1.运用多种生物信息学的软件对玉米的全基因组进行搜索、比对和筛选，共获得35个不同的ARF基因。通过对35个ARF基因序列的整合比对分析可知典型的ARF基因含有三个结构域，分别为N末端DNA结合域（DBD）、中间核心区域（MR）、C末端二聚化结构域（CTD）（结构域III和IV）。参考水稻ARF基因家族的命名方法，对玉米的ARF基因家族进行了命名，分别为ZmARF1-ZmARF35。2.通过构建系统进化树分析了ARF类型基因的进化关系，结果显示这些基因主要分布于四个分枝，而与拟南芥、杨树、葡萄和水稻的ARF基因家族进行比较分析发现玉米与水稻同源性最高，这表明ARF类型基因的进化可能是伴随着单/双子叶植物差异分离进化而发生的。3.确定玉米ARF类型基因在染色体上的起始位置，进行染色体物理位置的定位绘制，结果显示35个ARF基因分散的分布在玉米的十条染色体上，5号染色体上最多，有6个基因；2、7、8、9号染色体最少，各有1个基因，没有出现明显的基因簇现象，与其他物种的染色体定位具有相同特性。4.对玉米ARF类型基因的结构进行分析，同属一个进化分类的ARF基因其基因结构较为相似，所含内含子与外显子的个数也基本相同；同源性比对分析表明组成ARF基因功能核心区域的氨基酸序列具有较高的相似性；基序分析显示玉米ARF类型基因的结构比较复杂，包含有20种不同的基序，motif1-8这几种基序出现在绝大多数玉米ARF基因中，而motif17,18,20这三种基序只在少数基因中出现。这些少数存在的基序所在的基因可能在功能上发挥着重大的作用。5.利用玉米的EST数据库，分析35个玉米ARF基因的表达特性，所有的35个基因都有EST表达的支持，结果表明玉米ARF基因可表达的组织部位可分为7类，其中28个玉米ARF基因可在一个或多个组织部位进行特异性表达，但仍尚有7个基因不能明确预测其特定的表达部位，只在混合组织中具有表达信息。这种表达模式为深入研究ARF的作用和功能提供了重要理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 ARFs的研究进展
• 1.2 ARFs的结构及功能
• 1.3 ARFs的作用机理
• 1.3.1 ARF和AUX/IAA的作用机制
• 1.3.2 ARF在生长素信号转导中的作用机制
• 1.4 生物信息学数据库服务系统及软件应用
• 1.4.1 生物信息数据库及服务系统
• 1.4.2 生物信息学常用的网络资源
• 1.4.3 生物信息学常用的分析软件资源
• 1.5 生物信息学在ARF基因领域的研究
• 1.6 生物信息学的展望
• 2 引言
• 3 材料和方法
• 3.1 基因组数据库序列来源
• 3.2 方法
• 3.2.1 玉米全基因组ARF基因的鉴定
• 3.2.2 玉米ARF类型基因的氨基酸序列属性分析
• 3.2.3 玉米ARF类型基因进化树的构建及分类
• 3.2.4 玉米ARF类型基因染色体物理位置的定位及命名
• 3.2.5 玉米ARF类型基因的复制
• 3.2.6 玉米ARF基因结构分析
• 3.2.7 玉米ARF类型基因同源性分析
• 3.2.8 玉米ARF类型基因保守基序的分析
• 3.2.9 玉米与其他物种间ARF类型基因进化树的构建及比较分析
• 3.2.10 玉米ARF类型基因的EST表达分析
• 4 结果和分析
• 4.1 ARF类型候选基因的确定与命名
• 4.2 ARF类型基因的系统发生学分析及分类
• 4.3 玉米中ARF基因染色体物理位置定位
• 4.4 玉米中ARF基因的复制
• 4.5 玉米ARF类型基因结构的分析
• 4.6 玉米ARF类型基因同源性分析
• 4.7 玉米ARF类型基因的基序分析
• 4.8 玉米与其他物种间ARF类型基因进化树的构建及比较分析
• 4.8.1 玉米与拟南芥ARF基因家族的比较进化树的构建
• 4.8.2 玉米与杨树ARF基因家族的比较进化树的构建
• 4.8.3 玉米与葡萄ARF基因家族的比较进化树的构建
• 4.8.4 玉米与水稻ARF基因家族的比较进化树的构建
• 4.9 玉米ARF类型基因的EST表达分析
• 5 讨论
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介