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功能预测1福建农林大学园艺植物生物工程研究所福州3500022山西农业大学经济作物研究所汾阳032200摘要SPFH(Stomatin,Prohibitin,FlotillinandHflk/C)是一种膜微区蛋白,该家族的蛋白均含有一个高SPFH基于龙眼基因组数据库,对龙眼SPFH(DlSPFH)进行家DlSPFH包含DlSlp(1个)、DlElp(1个)、DlFlots(2个)、DlPHBs 员。基因结构与保守基序分析结果显示,DlSPFH各成员间基因结构存在较大的差异;基序以motif1最为HsHGenome-wideidentification,evolutionaryanalysisandfunctionalimocarpuslonganLourZHANGChunyu1#,ZHANGZihao1#,CHENYukun1,LINYuling1,CHENZhenguang1,WANGJing1,2&LAIZhongxiong1**1InstituteofHorticulturalBioengineering,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,China2InstituteofEconomicCrops,ShanxiAgriculturalUniversity,Fenyang032200,ChinaAbstractSPFH(Stomatin,Probitin,FlotillinandHFLK/C)isamembranemicrodomainproteinthatishighlyconserved.Inplants,theSPFHfamilyproteinscanbesubdividedintofivesubfamilies:SLP(stomatin-likeprotein),PHB(Flotillin),FLOT(Flotillin),ELP(Erlin-likeprotein)andHIR(Hypersensitiveinducedreaction).Atpresent,therearefewreportsonthegenome-wideidentificationofSPFHinplants,andonlyafewsubfamiliesofSPFHhavebeenstudiedinplantssuchasArabidopsisthalianaandrice.Therefore,inordertounderstandthemolecularcharacteristicsofmembranemicrodomainproteinSPFHinlongan.Basedonthelongangenomedatabase,thefamilymemberidentificationandevolutionanalysisoflonganSPFH(DlSPFH)wasinvestigated,andcombinedwiththelongan收稿日期Received:2020-10-25接收日期Accepted:2021-01-07国家自然科学基金项目(31572088);福建省高原学科建设经费(102/71201801101);福建农林大学科技创新专项基金(KFA19037A)资助SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(31572088);FundsforplateauDisciplineConstructioninFujianProvince(102/71201801101);SpecialFundforScienceandTechnologyInnovationofFujianAgricultureandForestryUniversity(KFA19037A)#并列第一作者Co-firstauthors**通讯作者Correspondingauthor(E-mail:Laizx01@163.com)transcriptomedatabasetoanalyzetheexpressionpatternsofDlSPFHsduringearlysomaticembryogenesis.TheresultsshowedthattheDlSPFHfamilycontained14members,including5subfamilies:DlSlp(1),DlElp(1),DlFlots(2),DlPHBs(2)andDlHIRs(8);Thenumberofaminoacids,molecularweightandisoelectricpointofthefamilymemberswerebetween193-2570aa,21.49-282.11KD,5.38-9.42respectively,andtheylocatedon8chromosomes.ThereweretwopairsoftandemduplicationgenesandthreepairsoffragmentduplicationgenesintheDlSPFHsfamily.Inaddition,therewere17,14,and2pairsofcollinearitymembersinDlSPFHsandArabidopsis,sweetorange,riceSPFHfamilymembers,respectively.TheanalysisofgenestructureandconservedmotifsshowedthatthereweresignificantdifferencesingenestructureamongthemembersofDlSPFHandmotif1wasthemostconservedmotif.TheproteininteractionpretectionresultsshowedthatDlSPFHsnotonlyinteractedwithfamilymembers,butalsointeractedwithavarietyofproteins.DlSPFHsincludedmanyhormoneresponseelementsinthepromoterregion,andtheymightbepreciselyregulatedby11miRNAs.Intheearlystagesofsomaticembryogenesis,DlHIR1,DlHIR2,DlHIR3,DlPHB1,DlHIR8showedhigherexpressionlevelsofFPKMthanothermembers.StudieshadshownthatthegeneduplicationeventsofDlSPFHsweremainlyfragmentduplication,andmightbeinvolvedindiseaseresistance,hormoneresponse,andsomaticembryogenesisinlongan.KeywordsLongan;SPFH;Genome-wideidentification;evolutionaryanalysis;functionalprediction筏模型[2]。脂筏是富含胆固醇和鞘磷脂的一种动态结构域,同时也是细胞表面具有特定结构和功能的质膜微区[3]。膜微区(membranemicrodomains)因其特殊的结构特点,能够促进蛋白之间、蛋白与脂类之间的相互作用,并且参与膜的信号传导、物质跨膜运输以及病原微生物的侵染等过程,故对植物的抗病以及生的作用[4-5]。SPFH(Stomatin,Prohibitin,FlotillinandHflk/C)蛋白属于膜微区的一类蛋白。在植物中,SPFH家族tinbulumlipidraftassociatedprotein 达,还能够响应病原体、非生物胁迫以及激素传导过程[6]。HIR是anypersensitiveresponseLRRLeucinerichrepeat导细胞凋亡过程以及对细菌断制约着果实的品质以及产量。此外,龙眼的胚胎发育情况也对其果实品质以及产量起着至关重要的作用BR达情况的探析,以期探索龙眼SPFH的潜在生物学功能,为后续龙眼的抗病机制以及胚胎发育的进一步研1.1材料本研究基于实验室构建的第三代龙眼基因组、龙眼转录组数据库进行分析;拟南芥(Arabidopsisthaliana)、水稻(Oryzasativa)、番木瓜(Caricapapaya)以及甜橙(Citrussinensis)的SPFH氨基酸序列于phytozome12(/pz/portal.html)获取。共线性分析所需拟南芥、水稻以及甜(Citrussinensis)GenomeAnnotationProject网站(/orange/download/index.php)。1.2DlSPFH家族成员鉴定与蛋白序列分析等电点(pI)、不稳定系数以及亲水性进行预测分析;信号肽的预测采用SignalP4.1;采用NBA-Palm (/bioinf/plant-multi/#)对DlSPFH蛋白进行亚细胞定位预测。SPFH家族成员系统进化分析树的构建。首先,采用MUSCLE对序列进行比对;其次,设置参数NJ法(Neighbor-joiningmethod)、1.4DlSPFH家族染色体定位与共线性分析1.5DlSPFH家族成员基因结构以及保守基序motif分析基于龙眼基因组gff注释文件,利用TBtools将DlSPFH成员的基因结构进行可视化;利用MEME1.6DlSPFH家族成员顺式作用元件分析采用TBtools提取DlSPFH家族成员CDS上游2000bp的序列,将其提交至PlantCARE(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)在线网站进行启动子顺式作用元件的预测,最后采用TBtools将结果可视化。1.7DlSPFH家族成员蛋白互作预测1.8DlSPFH家族成员miRNA预测tpplantgrnnobleorgpsRNATarget1.9DlSPFH家族成员早期体胚发生过程的表达分析实胚性结构(Incompletecompactpro-embrogeniccultures,ICpEC)以及球形胚(Globularembryos,GE)结果与分析2.1DlSPFH家族成员鉴定与蛋白序列分析lSPFH表1DlSPFH家族成员蛋白理化性质分析Table1AnalysisofphysicochemicalpropertiesofDlSPFHfamilymembers基因ID基因名基因位置氨基酸umberKDlecularoweightpI不稳定系平均亲水性数Hydrophilicitybility棕榈酰化位信号肽点个数跨膜结构域00线粒体DlElp101线粒体DlFlot140细胞核DlFlot210细胞核B00线粒体B00线粒体DlHIR120线粒体DlHIR210线粒体DlHIR310线粒体DlHIR401细胞核DlHIR520线粒体DlHIR610线粒体10线粒体10线粒体SPFH析Slp以及HIR5个亚组。其中龙眼Flot共有2个成员,分别为DlFlot1-DlFlot2;PHB共有2个成员:图1龙眼、拟南芥、水稻、番木瓜、甜橙SPFH家族成员系统进化分析.Fig.1PhylogeneticanalysisofSPFHfamilymembersinlongan,Arabidopsis,rice,papayaandsweetorange.2.3DlSPFH家族成员染色体定位分析图2DlSPFH家族成员染色体定位分析。带*为DlSPFH家族串联重复基因,使用红色线条相连的基因为片段重复基因对.Fig.2ChromosomelocationanalysisofDlSPFHfamilymembers.Thesymbol*indicatedthetandemduplicationgenesofDlSPFHfamily,andthegenesconnectedbytheredlinewerethefragmentrepeatgenepairs.2.4龙眼与拟南芥、水稻、甜橙SPFH家族成员共线性分析MCScanX南芥、水稻、甜橙进行共线性分析,结果显示:龙眼与拟南芥SPFH家族成员共存在17对共线性成员(图3A),与水稻SPFH家族成员仅存在2对共线性成员(图3B),与同为木本植物的甜橙SPFH家族成员具有14对共线性基因对(图3C)。对这些共线性成员的进化选择压力进图3龙眼与拟南芥(A)、水稻(B)、甜橙(C)SPFH家族成员共线性分析。Fig.3CollinearityanalysisofSPFHfamilymembersinlonganandArabidopsis(A),longanandrice(B),longanandsweetorange(C).表2龙眼与拟南芥、水稻、甜橙SPFH家族共线性成员进化选择压力分析Table2Analysisofevolutionaryselectionpressureonco-linearmembersofSPFHfamilyinlonganandArabidopsis,longanandrice,longanandsweetorange.种类各物种成员龙眼成员拟南芥AtFlot1DlFlot1DlElp1BBBBBBBDlHIR6DlHIR8DlHIR8DlHIR1DlHIR1DlHIR1DlHIR2水稻DlElp1DlHIR2DlHIR2DlHIR1DlElp1DlHIR6DlHIR8DlFlot1甜橙DlHIR1DlHIR6DlHIR8DlHIR1DlHIR6DlHIR8B2.5DlSPFH家族成员基因结构与保守基序motif分析个成员(DlHIR2、DlHIR6、DlHIR7)包含5个外显子,4个内含子;2个成员(DlHIR1、DlHIR8)包含6图4DlSPFH家族成员基因结构位置(A)以及保守基序motif(B)分析.Fig.4Analysisofgenestructurelocation(A)andconservedmotif(B)ofDlSPFHfamily.2.6DlSPFH成员启动子顺式作用元件分析的核心启动子元件(CAAT-box、TATA-box)以及光响应元件,说明它们都具有响应光的能力;此外,分p图5DlSPFH家族成员启动子顺式作用元件.Fig.5Cis-actingelementsofDlSPFHfamilymembers.2.7DlSPFH成员蛋白互作分析家族以外,其余亚家族成员均能够与EF-TU蛋白(AT4G02930)发生互作。图6DlSPFH家族成员蛋白-蛋白互作网络Fig.6Theprotein-proteininteractionnetworkofDlSPFHfamilymembers2.8DlSPFH家族成员受到靶向调控的miRNA种类分析E表3DlSPFH家族成员受到靶向调控的miRNA种类Table3SpeciesofmiRNAstargetedofDlSPFHfamilymembers基因名miRNA(E)DlFlotmiR440(3.0)DlHIRmiR406(4.5)DlHIR4DlHIR5DlHIRmiR774b(4.5)DlHIRmiR774b(4.5)2.9DlSPFH家族成员体胚发生早期表达分析Fig.7ExpressionanalysisofDlSPFHfamilymembersduringearlyembryogenesisEC:Embryoniccallus,ICpEC:Incompletecompactpro-embrogeniccultures,GE:Globularembryos.3讨论3.1DlSPFH家族成员鉴定与进化特性尽管目前在拟南芥中鉴定出了Elp(1个),Slp(2个),PHB(7个),Flot(3个),HIR(4个)RHBresponse果显示,DlPHB成员都定位于线粒体中,表明其可能参与龙眼SPFH植物还未分化前就已经3.2DlFlots与DlHIRs可能参与龙眼的抗病机制JAGmHIR1可能通过调控细胞周期及细3.3DlSPFHs可能参与龙眼体胚发生过程3.4DlElp1可能具有功能多样性ina4结论 s[1]SingerSJ,NicolsonGL.Thefluidmosaicmodelofthestructureofcellmembranes[J].Science,1972,175(4023):720-731.[2]SimonsK,IkonenE.Functionalraftsincellmembranes[J].Nature,1997,387(6633):569-572.[3]赵玉峰,刘朝英才,夏泉,徐跃飞,马克里.脂筏与非脂筏质膜微域磷脂组份及结构的比较分析[C].全国糖生物学学术会议论文摘要,2008:2.[ZhaoYF,LiuCYC,XiaQ,XuYF,MaKL.Comparativeanalysisoflipidraftandnon-lipidraftplasmamembranemicrodomainphospholipidcompositionandstructure[C].AbstractNationalGlycobiolConferencePaper,2008:2][4]玉猛,吕雪芹,林金星,李瑞丽.植物膜筏微区参与病原菌的防御反应[J].电子显微学报,2016,35(2):163-170.[YuM,LuXQ,LinJX,LiRL.Plantmembraneraftmicrodomainsparticipateinthedefenseresponseofpathogens[J].JChinElectronMicroscSoc,2016,35(2):163-170][5]YuM,CuiYN,ZhangX,LiRL,LinJX.Organizationanddynamicsoffunctionalplantmembranemicrodomains[J].CellularMolecularLifeences,2020,77(2):275-287[6]DaněkM,ValentováO,MartinecJ.Flotillins,Erlins,HIRs:fromanimalbasecamptoplantnewhorizons[J].CritRevPlantences,2016,35(4):1-24[7]曹阳阳,玉猛,鲁良,李晔,林金星,李瑞丽.植物SPFH超家族蛋白及其生物学功能研究进展[J].电子显微学报,2019,38(3):294-302[CaoYY,YuM,LuL,LiY,LinJX,LiRL.ResearchprogressinplantSPFHsuperfamilyproteinsandtheirbiologicalfunctions[J].ChinElectronMicroscSoc,2019,38(3):294-302][8]GehlB,LeeCP,BotaP,BlattMR,SweetloveLJ.AnArabidopsisStomatin-LikeProteinaffectsmitochondrialrespiratorysupercomplexorganization[J].PlantPhysiol,2014,164(3):1389-1400.[9]GehlB.Functionalandmolecularcharacterisationoftwostomatin-likeproteinsfromArabidopsisthaliana[D].UK:UniversityofGlasgow,2009[10]AhnCS,LeeJH,HwangAR,KimWT,PaiHS.Prohibitinisinvolvedinmitochondrialbiogenesisinplants[J].PlantJ,2006,46(4):658-667[11]ChenJC,JiangCZ,ReidMS.Silencingaprohibitinaltersplantdevelopmentandsenescence[J].PlantJ,2005,44(1):16-24.[12]ChenF,YuanY,LiQ,HeZ.Proteomicanalysisofriceplasmamembranerevealsproteinsinvolvedinearlydefenseresponsetobacterialblight[J].Proteomics,2007,7(9):1529-1539[13]SchulteT,LottspeichF,StuermerCAO.CharacterizationofReggie-1andisolationofreggie-2,cellsurfaceproteinsofthegoldfishCNS[J].SocNeurosciAbstr,1995,21:795[14]YuM,LiuHJ,DongZY,XiaoJW,SuBD,FanLS,KomisG,SamajJ,LinJX,LiRL.ThedynamicsandendocytosisofFlot1proteininresponsetofg22inArabidopsis[J].JPlantPhysiol,2017,215:73-84[15]HoeggMB,RobbinsSM,McgheeJD.CharacterizationoftheC.eleganserlinhomologue[J].BMCCellBiol,2012,13(1):2-12DuanYH,GuoJ,ShiXX,GuanXN,LiuFR,BaiPF,HuangLL,KangZS.Wheathypersensitive-inducedreactiongenesTaHIR1andTaHIR3areinvolvedinresponsetostriperustfungusinfectionandabioticstresses[J].PlantCellRep,2013,32(2):273-283JungHW,HwangBK.Theleucine-richrepeat(LRR)protein,CaLRR1,interactswiththehypersensitiveinducedreaction(HIR)protein,CaHIR1,andsuppressescelldeathinducedbytheCaHIR1protein[J].MolPlantPathol,2010,8(4):504-513.ZhouL,CheungMY,ZhangQ,LeiCL,ZhangSH,SunSSM,LamHM.Anovelsimpleextracellularleucine-richrepeat(eLRR)domainproteinfromrice(OsLRR1)enterstheendosomalpathwayandinteractswiththehypersensitive-inducedreactionprotein1(OsHIR1)[J].PlantCellEnv.,2010,32(12):1804-20刘珂,马若寒,吴嘉荟,唐颖,肖若余,雷世梅,蒋猛,罗雪峰,杨晓红.浅谈重庆地区龙眼主要病害及其防控措施[J].南方农业,2019,13(28):43-46.[LiuK,MaRH,WuJH,TangY,XiaoRY,LeiSM,JiangM,LuoXF,YangXH.DiscussiononthemaindiseasesoflonganinChongqingandtheirpreventionandcontrolmeasures[J].SouthernAgric,2019,13(28):43-46]LaiZX,LinYL.Analysisoftheglobaltranscriptomeoflongan(DimocarpuslonganLour.)embryogeniccallususingIlluminapaired-endsequencing[J].BMCGenomics,2013,14(561):1-16TakahashiA,KawasakiT,WongHL,SuharsonoU,HiranoH,ShimamotoK.Hyperphosphorylationofamitochondrialprotein,prohibitin,isinducedbycalyculinAinaricelesion-mimicmutantcdr1[J].PlantPhysiol.,2003,132(4):1861-1869ZhaoXY,QiCH,JiangH,ZhengPF,ZhaoQ,YouCX,LiYY,HaoYJ.FunctionalidentificationofappleonMdHIR4inbioticstress[J].PlantSci,2018,283:396-406ChenCJ,ChenH,ZhangY,ThomasHR,XiaR.TBtools:anintegrativetoolkitdevelopedforinteractiveanalysesofbigbiologicaldata[J].MolPlant,2020,13(8):doi:https:///10.1016/j.molp.2020.06.009LinYL,LaiZX.Comparativeanalysisrevealsdynamicchangesinmirnasandtheirtargetsandexpressionduringsomaticembryogenesisinlongan(DimocarpuslonganLour.)[J].PLOSONE,2013,8(4):e60337AkenOV,PecenkováT,CotteBVD,RyckeRD,BreusegemFV.Mitochondrialtype-IprohibitinsofArabidopsisthalianaarerequiredforsupportingproficientmeristemdevelopment[J].PlantJ,2007,52(5):850-864Hernando-RodríguezB,Artal-SanzM.Mitochondrialqualitycontrolmechanismsandthephb(prohibitin)complex[J].Cells,2018,7(12):238傅帅.植物remorin蛋白调控水稻条纹病毒细胞间移动机制[D].杭州:浙江大学,2016[FuS.Plantremorinproteinregulatesthecell-to-cellmovementofricestripevirus[D].Zhejiang:ZhejiangUniversity,2016]ChenJP,YuXM,ZhaoWQ,LiX,MengT,LiuF,YangWX,ZhangT,LiuDQ.Temporalandtissue-specificexpressionofwheatTaHIR2geneandresistantroleofrecombinantproteinduringinteractionsbetweenwheatandleafrustpathogen[J].PhysiolMolPlantPathol,2012,79:64-70YuXM,ZhaoWQ,YangWX,LiuF,ChenJP,GoyerC,LiuDQ.Characterizationofahypersensitiveresponse-inducedgeneTaHIR3fromwheatleavesinfectedwithleafrust[J].PlantMolBiolReporter,2013,31:314-322LiuF,YuXM,ZhaoWQ,ChenJP,GoyerC,YangWX,LiuDQ.EffectsoftheleafrustpathogenonexpressionofTaHIR4atthegeneandproteinlevelsinwheat[J].JPla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