玉米和苜蓿全基因组WRKY基因的分析及进化研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 植物的转录因子超家族概述
• 1.2 植物 WRKY 转录因子超家族的结构及功能
• 1.2.1 WRKY 蛋白的结构域
• 1.2.2 WRKY 家族的起源和进化
• 1.3 WRKY 转录因子的生物学功能
• 1.3.1 WRKY 蛋白质参与防卫反应信号途径
• 1.3.2 WRKY 蛋白质参与激素信号途径
• 1.3.3 WRKY 蛋白质与发育和代谢过程
• 1.3.4 WRKY 蛋白质对非生物胁迫的反应
• 1.4 生物信息学介入玉米和和苜蓿 WRKY 基因领域研究
• 1.5 生物信息学在 WRKY 蛋白家族研究中的应用
• 1.5.1 生物数据库及其服务系统
• 1.5.2 常用的网络资源
• 1.5.3 生物信息学研究常用的软件
• 1.6 问题与展望
• 2 引言
• 3 玉米 WRKY 转录因子超家族的分析
• 3.1 玉米基因组数据的获得
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 玉米 WRKY 类型基因的确定
• 3.2.2 WRKY 类型基因分类
• 3.2.3 WRKY 基因染色体物理位置定位
• 3.2.4 构建 WRKY 类型基因系统进化树
• 3.2.5 玉米与水稻中 WRKY 类型基因同源性分析
• 3.3 结果和分析
• 3.3.1 玉米中 WRKY 基因的确定与命名
• 3.3.2 玉米中 WRKY 基因染色体物理位置定位
• 3.3.3 玉米中 WRKY 结构域的复制
• 3.3.4 玉米中 WRKY 结构域的系统发生分析
• 3.3.5 玉米与高粱中比较 WRKY 结构域进化分析
• 3.4 讨论
• 4 苜蓿 WRKY 转录因子超家族的分析
• 4.1 苜蓿基因组数据库序列来源
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 苜蓿 WRKY 基因的确定
• 4.2.2 苜蓿 WRKY 类型基因分类
• 4.2.3 苜蓿 WRKY 类型基因的染色体定位
• 4.2.4 苜蓿 WRKY 类型基因系统发生学分析
• 4.2.5 苜蓿 WRKY 结构域（domain）的 motif 分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 苜蓿 WRKY 类型候选基因的确定与染色体定位
• 4.3.2 苜蓿 WRKY 基因序列比对与分类
• 4.3.3 苜蓿中 WRKY 结构域的复制
• 4.3.4 苜蓿 WRKY 基因的系统发生学关系
• 4.3.5 苜蓿 WRKY 转录因子的 motif 分析
• 4.4 讨论
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介