五个蔷薇科物种SPL基因家族的全基因组鉴定及其在森林草莓中的表达分析

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植物的生长发育是一个复杂的过程,并有许多的基因家族参与,因此,研究植物的生长发育对提高作物的品质和产量有重要意义。SPL蛋白是植物特有的一类转录因子,在植物的生长和发育中发挥着重要作用,参与调控植物的开花、果实成熟、分枝、叶片初始化等生长和发育过程。研究SPL基因可为植物的生长发育机制提供更为丰富的理论基础,但在蔷薇科物种中,关于SPL基因的系统性研究还很少。随着蔷薇科物种草莓、苹果、梨、梅和桃的基因组测序的完成,系统地研究SPL基因蔷薇科物种中的进化及其在生长发育中的作用成为可能。本文的研究内容和研究结果主要有一下三个方面:
  1、利用生物信息学的方法系统地研究了五个蔷薇科物种(草莓、苹果、梨、梅和桃)的SPL基因的进化历程。通过鉴定得到了124个SPL基因,包括14个草莓SPL基因,39个苹果SPL基因,36个梨SPL基因,18个梅SPL基因,17个桃SPL基因。将所得到的SPL基因构建进化树后,蔷薇科这五个物种的SPL基因至少可划分14个支系,表明蔷薇科植物分化前蔷薇科的SPL基因可能至少有14个共同祖先基因。在进化过程中,蔷薇科SPL基因发生了53次复制事件,且复制事件的发生都是不连续的,而梨和苹果的物种特异的复制事件是导致蔷薇科SPL基因扩张的主要原因,蔷薇科五个物种的SPL直系同源基因主要受到了负选择的作用。
  2、以森林草莓的SPL基因为研究对象,通过生物信息学的方法,主要从草莓SPL基因的系统发生树、染色体定位、结构域分析、基因结构、保守基序预测和miRl56靶位点预测方面进行分析。结果表明:14个草莓SPL基因均含SBP结构域,草莓SPL基因随机分布在6条染色体上,且仅有一对基因发生了串联复制,这14个基因中有8个基因为miRl56的靶基因;经过系统发生树分析,草莓的SPL基因可分为5组,且每组的基因结构、保守基序和miR156靶位点分布较为相似。
  3、为了进一步探究SPL基因在森林草莓中的潜在功能,我们提取了不同时期的叶、花和果实及匍匐茎三个部分和幼根中的RNA,并采用了相对荧光定量技术对森林草莓SPL基因在这些组织器官表达模式进行了探索。结果发现森林草莓SPL基因表达模式多样化,即使是系统发生树中来源于同一组的SPL基因的表达也都各有其表达特性。另外,我们发现了在草莓花、果实、幼叶和匍匐茎茎间中特异表达的一些SPL基因,而在所有检测的器官中呈现组成型表达模式的SPL基因。
  这些结果可为SPL基因在蔷薇科内的进化提供更好地理解,同时,也可为SPL基因在草莓和蔷薇科其他果树中的花和果实的发育中的作用提供理论基础。
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