基于全基因组的玉米LBD转录因子家族分析及密码子使用模式分析

【摘要】玉米是一种重要的模式植物和粮食作物,其基因组测序完成后,玉米生物学研究进入了后基因组时代和系统生物学时代。LBD转录因子在植物生长发育过程中发挥着重要的作用。本文通过全基因组的生物信息学分析,鉴定了玉米中的44个LBD基因并分析了其染色体定位、基因结构、表达谱等,为进一步研究玉米LBD转录因子家族的功能提供了参考。密码子的不均衡使用在生物中普遍存在,不同基因组或同一基因组的不同基因在密码子使用模式上均存在不同程度的差异。为了解玉米整个基因组的密码子使用模式,本研究运用多元统计分析中的对应性分析方法,对玉米全基因组CDS序列进行了分析,明确了玉米基因组的密码子用法特征,并对玉米基因密码子的使用模式和影响密码子使用的可能因素进行了探讨。可为玉米基因组中的未知基因预测、基因结构与功能、分子进化研究等提供理论基础,同时也可为外源基因的改造和提高其在玉米中的表达效率等研究提供参考,具有一定的指导作用。主要研究结果如下：(1)通过生物信息学分析,共鉴定到44个玉米LBD转录因子；系统进化分析将所有LBD基因分为两类：ClassⅠ和Ⅱ。其中ClassⅠ包含5个亚家族(Ia,Ib,Ic,IdandIe),ClassⅡ又分为2个亚家族(ⅡaandⅡb)。(2)基因结构分析发现玉米LBD基因外显子较少,14个基因拥有1个外显子,28个基因拥有2个外显子,1个基因拥有3个外显子,1个基因拥有5个外显子。(3)染色体定位显示,第1条染色体拥有最多的LBD基因13个,占30%。第7和10条染色体只含有1个LBD基因,第2和5条染色体各拥有2个LBD基因。2对旁系同源基因对定位在同一条染色体上,其它的9对旁系同源基因对在不同的染色体上。因此,片段重复和转座事件都在LBD基因家族的扩张中扮演了重要的角色。(4)鉴定的44个玉米LBD基因均包含保守的CX2CX6CX3C锌指结构(zinc-finger-likedomain),ClassILBD基因还包含保守的LX6LX3LX6L亮氨酸拉链结构域(leucine-zipper-likedomain)。(5)通过Genevestigator分析,总结了玉米LBD基因在18个不同组织中的表达模式,包括果皮,穗状雄花,颖果,胚乳,玉米穗,胚芽鞘,叶片,胚胎,玉米须,成叶,幼叶,幼苗,种子,茎秆,节间,胚根,初生根和花药。同时还利用qRT-PCR检测了11个基因的表达。结果显示,玉米LBD基因在所有检测器官中的不同表达水平可能在玉米的生长发育中发挥关键作用,同时部分LBD基因可能具有独特的功能,在特定的发育阶段起重要作用。(6)玉米基因组GC含量为55.7%,密码子第三位碱基为G或C的频率为61.3%,说明玉米比较偏爱以G、C结尾的密码子。(7)玉米中密码子G结尾和G开始的密码子对比例最高,占10.10%,其次是C结尾和G开始,占10.03%。密码子对AC出现频率最低,为3.21%。(8)密码子相对使用度与tRNA拷贝数分析发现,两者并非完全具有相关性。(9)T3s、C3s、A3s、G3s、GC3s与CAI、CBI、Fop、Nc有显著相关性,表明影响玉米基因组密码子偏好性的主要因素为碱基组成的变异。Nc与GC3s的连续曲线数据说明除碱基组成的影响外,密码子的使用也受自然选择等其他因素的影响。
【作者】张岳民；
【导师】郑成超；
【作者基本信息】山东农业大学，生物化学与分子生物学，2014，博士
【关键词】玉米；LBD；基因家族；密码子偏好性；

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