全基因组识别和综合分析tubby-like蛋白基因家族在多种作物
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微博赵
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Wenchao黄- 杂交水稻国家重点实验室、重点实验室研究和利用杂种优势在农业部的籼稻,植物生物技术工程研究中心和种质资源利用教育部,生命科学学院,武汉大学,武汉,中国
作品简介:的高度保守的tubby-like蛋白(tlp)动物神经系统发育和植物生长中扮演关键性的角色。张力腿平台的非生物压力函数耐性植物中已被广泛研究,然而,对张力腿平台在作物的比较研究。
方法:生物识别、系统发育分析、Cis-element分析,表达分析,Cis-element分析、表达分析等进行了探讨,分析了张力腿平台多种作物的基因家族。
结果:在这项研究中,一个全面的分析张力腿平台基因在七种作物进行探索类似的功能张力腿平台的大米能否实现在其他作物。9日,14日,11日,我们确定了20 12,35岁,14和图13所示张力腿平台基因在大豆,大麦芽,高粱二色的,拟南芥,栽培稻粳稻,小麦,Setaria斜体和玉米,分别。所有人被分成两组,十orthogroups (Ors)基于氨基酸。大部分的张力腿平台基因有两个域,tubby-like域和盒域,而Or5只有tubby-like域的成员。此外,Or5有更多的外显子和较短的DNA序列,表明特征不同的口服补液盐反映的差异化功能和特征张力腿平台基因在进化过程中,和Or5是最不同于其他口服补液盐。此外,我们认识到25独联体的子元素张力腿平台基因和探索张力腿平台的多个新的监管途径包括光和激素响应。生物信息学和转录组分析隐含的压力诱导表达和可能的功能冗余张力腿平台基因。我们发现6的表达水平OsTLP基因在水稻种子萌发后1到6天,最明显的变化出现在这些天OsTLP10和OsTLP12。
讨论:结合酵母2台混合动力系统和下拉试验,我们建议张力腿平台1的基因种子萌发期间可能有类似的功能在不同的物种。一般来说,综合分析的结果张力腿平台基因家族在多个物种提供有价值的进化和功能信息张力腿平台基因家族为进一步应用和研究是有用的张力腿平台基因。
介绍
tubby-like蛋白(tlp)第一次被发现是在肥胖的鼠标(Ohlemiller et al ., 1995;Kleyn et al ., 1996)和突变的基因家族导致肥胖、视网膜变性和听力损失(Boggon et al ., 1999;Ikeda et al ., 1999;Ikeda et al ., 2002)。基因结构分析表明,守恒的桶状的域是位于c端维持神经元的发展是非常重要的(Boggon et al ., 1999;Ikeda et al ., 2002)。典型的张力腿平台,包含守恒的桶状的领域形成具有β-barrel结构组成的一个反向α-helix和12股,函数作为双方的转录监管机构(卡罗尔et al ., 2004)。除了老鼠被识别(Kleyn et al ., 1996)、人(1997年,北等。和其他动物Heikenwalder et al ., 2001;Figlewicz et al ., 2004还确定了),这个家庭植物如水稻(口et al ., 2009),拟南芥(赖et al ., 2004)、小麦(香港et al ., 2015;李et al ., 2018;et al ., 2019)、苹果(徐et al ., 2016)、大豆(徐et al ., 2022)和木薯(董et al ., 2019)。肥胖的家族在真核生物的广泛和高保护建议的基本功能在动物和植物生长和发育(卡罗尔et al ., 2004;王et al ., 2018;迪瓦恩et al ., 2022)。除了守恒的桶状的c端域,张力腿平台包含了高度多样化的n端序列在动物身上,但保存盒在植物(氨基刘,2008;李et al ., 2021)。盒领域首次发现在细胞周期蛋白F kinase-associated蛋白相互作用的蛋白s阶段1 (SKP1)。盒蛋白质和SKP1招募到Skp1-Cullin1-F-box (SCF)复杂通过与CDC53交互(Cullin)蛋白质作为E3泛素连接酶的一部分,参与蛋白质基质泛素化过程在植物(赖et al ., 2004;Horn-Ghetko et al ., 2021)。除了盒,盒蛋白的几种典型域蛋白质间交互作用赋予蛋白质底物特异性SCF复合体(莱希et al ., 2006)。盒蛋白质是涉及到多个生物功能包括转录调控、信号转导、细胞周期过渡。在植物,盒蛋白质通常与非生物应力有关,例如,TaFBA1在耐热性(李et al ., 2018;et al ., 2019),CaF盒子在响应非生物压力(陈et al ., 2014),EST1在盐耐受性(刘et al ., 2020)。
先前的研究已经报道,张力腿平台在植物各种生理角色,包括植物生长发育、抗病和非生物应力响应。在拟南芥中,11 TLP成员被确定(保et al ., 2014)。AtTLP2,AtTLP6和AtTLP7优先在花粉粒,attlp6和attlp7突变体植物显示花粉不育在某种程度上(Renak et al ., 2012;徐et al ., 2022)。AtTLP3和AtTLP9曾经问蛋白质,attlp3和attlp9突变体植物表现出脱落酸(ABA)种子萌发期间不敏感的表型(赖et al ., 2004;保et al ., 2014)。敲除种子的萌发时间是几个小时前与野生型植物相比,和萌发的频率attlp3 / attlp9是高于单一突变。根据这些数据,拟南芥塔比的家人可能有功能冗余。在大米、14OsTLPs识别和他们的表达可以诱导病原体注射后(刘,2008;口et al ., 2009)。OsTLP2绑定的启动子的能力了吗OsWRKY13调节基因的转录表达。的WRKY家庭功能的转录激活或抑制因子的防御反应通路(Cai et al ., 2008),因此,张力腿平台参与防卫反应。此外,的表达水平CaTLP1高与脱水处理后,高浓度氯化钠和阿坝,显示的压力响应函数CaTLP1可能与ABA信号通路(Wardhan et al ., 2012;Wardhan et al ., 2016)。非生物胁迫的响应张力腿平台家庭还能找到其他物种如鹰嘴豆(Wardhan et al ., 2012)、大豆(徐et al ., 2022),马吕斯有明显(徐et al ., 2019)。
基于先前的研究在过去的几十年,多个张力腿平台在不同的物种基因被确定。有11天AtTLP在拟南芥(赖et al ., 2004),14OsTLP水稻(刘,2008),11PtTLP在杨树(杨et al ., 2008),4TaTLP小麦(香港et al ., 2015),15ZmTLP在玉米董et al ., 2019)和9MdTLP在苹果公司徐et al ., 2016)。然而,进化的关系张力腿平台在植物基因家族在多个物种很少报道。在这项研究中,我们确定了117名成员在7作物包括G.max,H.vulgare,S.bicolor,O.sativa,T.aestivum,S.italic和Z.mays。我们的研究集中在完成全基因组规模的基因识别,系统树建设和同源关系,染色体的位置,全基因组重复(WGD)或节段重复,motif-domain-exon /基因内区分析、表达谱,独联体元素分析和三维结构预测。基于系统分析的多个物种,这些结果可以提供更准确和全面的理解张力腿平台基因家族是有用的分子功能研究和育种应用的未来。
材料和方法
植物材料和发芽条件
验证的表达模型OsTLP基因在种子发芽的种子栽培稻粳稻大米品种、Nipponbare与75%乙醇消毒5分钟,然后浸泡30分钟3%次氯酸钠和无菌蒸馏水洗的五到十倍。最后,消毒的种子种植在1/2 MS固体培养基含有1%蔗糖不同天(王et al ., 2015)。
生物识别和系统发育分析张力腿平台基因
基因组数据集大豆(v2.1),大麦芽(IBSCv2),高粱二色的(NCBIv3),拟南芥(TAIR10),栽培稻粳稻(irgsp - 1.0),小麦(IWGSC),Setaria斜体(v2.0)和玉米(v4)获得运用植物(http://plants.ensembl.org/index.html),分别。嗯(隐藏Markox模型)的肥胖的家庭(PF01167)从包含下载(http://pfam.xfam.org/)。的成员张力腿平台家人都得到HMMER 3.2.1软件由命令hmmsearch PF01167。嗯species-protein。fasta > species-TLP。与默认的参数(≤0.01)的价值(芬恩et al ., 2016;董et al ., 2019)和e BLASTP截止创造价值的方法−5(Altschul et al ., 1997;香港et al ., 2019)。所有候选序列被智能检测(http://smart.embl-heidelberg.de/)和包含了(http://pfam.xfam.org/search/sequence)来过滤不完全蛋白质序列和重复的记录。
在蛋白质序列提交ClustalW v2.1,然后种系发生树是使用大型6.0软件1000 neighbor-joining方法引导复制(田村et al ., 2013)。公认的名称张力腿平台基因获得根据分配的价值主要是基于BLASTP创造价值。
染色体位置、守恒的主题域和基因结构
染色体位置、主题域和基因结构可视化使用TBtools v0.665。运用植物的基因组注释文件也下载。基因定位和外显子/内含子的消息是在这些文件中获得。20守恒的图案取自MEME套件5.0.2 (http://meme-suite.org/tools/meme)。然后,确定主题被包含注释和InterProScan (http://www.ebi.ac.uk/interpro/search/sequence-search)数据库。的蛋白质序列张力腿平台家人都报NCBI认识到守恒的域。
口服补液盐基因重复事件和识别
基因重复的事件张力腿平台基因家族在intra-species和物种间被MCScanX软件分析和分类。MCScanX软件通常用于计算gene-pairs的共线性。一般来说,如果两个节段区域内gene-pairs共线性,WGD或节段性重复事件定义。如果重复的基因之间的距离小于20个基因位点,我们叫gene-pairs串联重复或近端复制。Ka(产生的替代率),Ks(同义替换率),Ka / Ks(选择性力量)gene-pairs分析DnaSP 5.0。一般来说,如果Ka / Ks > 1, gene-pairs之间有积极的选择。如果Ka / k = 1,有中性gene-pairs之间选择。如果0 < Ka / Ks < 1,有负gene-pairs之间选择。此外,散度时间计算T = Ks / (2×6.5×10−9)×10−6米娅。
口服补液盐是获得使用OrthoFinder v2.2.6软件。蛋白质序列都是按物种在不同的文件中,这种分析是由命令“orthofinder - d Exampledata钻石”。然后根据发表的结果分析方法。
独联体元分析和表达分析张力腿平台基因
为独联体元分析,利用基因组序列和基因注释,2000个基点的启动子序列张力腿平台基因在这项研究中提取使用TBtools v0.665软件。然后这些序列被提交独联体元分析网站:PLANTCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html)和选择寻找保健功能,分析结果将获得(Lescot et al ., 2002)。概要文件获得的全部信息独联体元,我们保留所有有意义的信息和网站根据最后一列函数注释。最后,信息可视化是“简单的生物序列矩阵查看器”功能TBtool v0.665 (陈et al ., 2020)。
在这项研究中,我们分析了RNA-seq数据张力腿平台在三个主要粮食作物(水稻、小麦和玉米)。水稻和玉米在不同时期的表达数据和组织得到从水稻和玉米eFP浏览器。小麦在不同时期的表达数据和组织从expVIP网站获得。有15、15和79组织类型的大米、小麦和玉米。为了测量的表达OsTLPs在环境压力,转录组数据也从大米eFP浏览器下载。四的热图用TBtools v0.665软件。
预测蛋白质结构
OsTLP蛋白质的三维结构是由瑞士的预测模型。氨基酸序列提交瑞士模式的网站。模板1 s31.1。被选为OsTLP蛋白质。序列样本和模板之间的身份是超过40%。预测蛋白质结构分析和强调通过瑞士PdbViewer v4.1.0。
RNA提取和存在
从种子的总RNA提取使用试剂盒根据制造商的说明书。然后DNase我用来移除基因组DNA。然后使用RNase-free水中溶解的总RNA。
获得的互补脱氧核糖核酸是通过逆转录试剂(英杰公司)根据制造商的指示。执行中存在使用LightCycler 480系统(罗氏)和循环条件中存在如下:首先,在95°C 5分钟;其次,10秒95°C的变性退火的20秒58°C,和20秒的扩展在72°C, 40周期。肌动蛋白基因被选为一个内部控制。引物中列出补充表9。
验证与酵母2台混合动力系统
的OsTLP10和OsTLP12被克隆到pGADT7的顺序OSK20克隆到pGBKT7。然后这些向量cotransformed入AH109根据不同酵母菌株。转化细胞的生长在SD /低浓缩铀-Trp盘子然后生长在SD /低浓缩铀/ -Trp /他/正面板块在30°C 3 - 5天。引物中列出补充表9。
下拉试验
的OsTLP10克隆到pGEX-6p-1向量包含GST标签。的OSK20是插入pET-28a向量有他的标签。重组质粒的转化到大肠杆菌BL21菌株,分别。然后被IPTG诱导和表达的蛋白质在一夜之间20°C。蛋白质纯化使用AKTAprime + (GE), 10% sds - page凝胶分离,和测试的抗体。
纯化的重组蛋白(GST标签,GST-OsTLP10和His-OSK20)透析对磷酸盐(PBS;2.7毫米137毫米氯化钠,氯化钾,10毫米Na2HPO4KH和2毫米2阿宝4一夜之间),然后使用bicinchoninic酸(BCA)方法量化。His-OSK20重组蛋白与销售税和孵化GST-OsTLP10蛋白质6 h在冰上然后洗了三次5卷的PBS。然后被10% sds - page分离混合物。产品被转移到聚偏二氟乙烯(PVDF)膜(Bio-Rad)和抗体的销售税和他的调查。引物中列出补充表9。
表达谱的张力腿平台基因在不同物种
的表达数据TaTLP基因从expVIP下载网站(Borrill et al ., 2016),的表达OsTLP基因和ZmTLP基因从eFP下载浏览器(http://bar.utoronto.ca/transcriptomics/efp_rice/cgi-bin/efpWeb.cgi和http://bar.utoronto.ca/efp_maize/cgi-bin/efpWeb.cgi)。为了验证的反应OsTLP基因非生物应力表达式的数据OsTLP基因在寒冷、干旱、盐环境也从大米eFP下载浏览器。这些数据被展出补充表7和补充表8。
结果
系统发育分析和分类张力腿平台基因在多种作物
拷贝数变异的识别张力腿平台基因,我们一共获得了117的成员张力腿平台来自七种作物的基因,包括20G.max,9H.vulgare,14S.bicolor,12O.sativa,35T.aestivum,14S.italic和13Z.mays(图1;补充表1)。我们还发现了11AtTLP基因在A.thaliana与前一份工作是一致的,说明的可靠张力腿平台在这些作物基因,我们确定了。以前的工作中确定14和15张力腿平台基因在水稻和玉米,分别,而我们发现OsTLP6,ZmTLP10和ZmTLP15不能形成整个肥胖的域(补充表2),我们没有找到OsTLP13在大米。张力腿平台的范围从33.1 (OsTLP14) 60.2 (SiTLP10)相对分子量和9.01 kDa (GmTLP15) 10.15 (ZmTLP13)的等电点(补充表3)。探索的进化关系张力腿平台在这些作物的基因,使用的系统发育树和口服补液盐(图1,2)。根据氨基酸,这些基因分为两组由10口服补液盐,和1和4的大小比其他人更大的(图2)。此外,所有七个物种可以发现1得奖感言和4,而Or6 Or7,不会,Or9和Or10 lineage-specific只有一个物种(补充表4)。根据这些结果,我们得出一个结论,或1和4是更为保守的与其他口服补液盐。此外,成员G.max被分为八个或组,而只有四个O.sativa。这些结果照亮的成员张力腿平台基因家族lineage-specific扩张和同源基因损失/收益发生在植物进化的过程。
图1的识别张力腿平台在七种作物的基因。10 orthogroups和数量张力腿平台基因在不同物种被热图显示。所代表的值是在颜色。
图2张力腿平台蛋白质的系统分类G.max,h . vulgare,S.bicolor,O.sativa,T.aestivum,S.italic和Z.mays。不同的颜色代表不同的作物。口服补液盐是由数字和标记GmTLP14 *, GmTLP18 *, GmTLP19 * ZmTLP7 *和SbTLP12 *属于Or6, Or7,不会,Or9 Or10。
染色体分布和基因重复分析
的分布张力腿平台基因被确定通过映射序列的染色体,露出paralogues的扩张机制张力腿平台基因。我们询问了七种作物的基因在基因组中的位置,确定了每个作物的重复模式。所示图3,有三个OsTLP基因Chr1 Chr5,OsTLPChr2、Chr3 Chr4、Chr7 Chr8 Chr12大米,而没有OsTLP基因被发现在其他科(图3 e)。几张力腿平台基因定位在近端区域相关的染色体不稳定,更容易失去由于染色体复制,等GmTLP20,SbTLP5和OsTLP2(图3 a, C, E)。此外,我们发现整个基因组重复(WGD)或节段性重复的事件G.max,S.bicolor,O.sativa,T.aestivum,S.italic,Z.mays,但没有WGD或节段重复事件发生h . vulgare和答:芥(图3 b, D)。此外,串联重复和近端重复事件并未出现在我们的结果(图3)。gene-pairs大多数都位于相同或等OsTLP9-OsTLP12 andGmTLP15-GmTLP12,这表明基因扩展主要发生在内部。有趣的是,我们也发现了一些gene-pairs不同口服补液盐,等GmTLP1-GmTLP19和SbTLP9-SbTLP12,这表明Or6-Or10可能分开守恒或组。最后,Ka / gene-pairs Ks比率计算,他们都是小于1的,所以这些事件是净化选择根据中性理论。散度乘以相同的硬币是类似的,但它有一个很大的不同在不同的物种(补充表5)。
图3染色体分布和重复分析张力腿平台在八个物种的基因。G.max(一),H vulgare(B),S.bicolor(C),一个芥(D),O.sativa(E),T.aestivum(F),S.italic(G),和Z.mays(H)。红线显示WGD或节段重复。
有8日,12日,12日,12和12OsTLPs共线性的张力腿平台5 s禾本科作物(单子叶植物),H.vulgare,S.bicolor,T.aestivum,S.italic和Z.mays。与此同时,两双子叶植物,有6和3G.max,A.thaliana分别为(图4;补充表6)。只有OsTLP8有共线性的张力腿平台从所有的七个物种(图5;补充表6)。显然,有一个更紧密的共线关系在禾本科作物。
图4OsTLPs之间的共线性,张力腿平台与其他七个物种。O.sativavs G.max(一)啊,。对马唐Hvulgare(B)啊,。对马唐S.bicolor(C)啊,。对马唐(一)芥(D)啊,。对马唐T.aestivum(E)啊,。对马唐S.italic(F),O。对马唐Z.mays(G)。灰色的线表示背景显示共线块o .漂白亚麻纤维卷和其他物种的基因组内,张力腿平台对被红线标记。
图5系统发育树,守恒的主题域,外显子/内含子的结构成分张力腿平台在七个物种的基因。种系发生树TLP七个物种的蛋白质。不同的颜色代表不同的组的分支。不同的物种被不同的颜色显示。(一)守恒的主题TLP蛋白质。(B)域分析TLP蛋白质。(C)的结构张力腿平台包含cd和UTR。
这些结果表明,重复以上事件是重要的张力腿平台基因的扩张发生在不同时期(补充表5)。此外,共线关系越近的关系表明,在禾本科作物张力腿平台基因在单子叶植物的内部更密切。
守恒的主题、功能域和基因结构分析
探索张力腿平台的功能属性,我们分析了这些物种的图案和域。我们发现20守恒的图案使用MEME网站(补充图1)。的主题图5一个表明,该基因在相同或类似的主题,表明他们在相同或有很高的保护。值得注意的是,主题1,几乎所有成员的退出张力腿平台基因是位于塔比c端领域,这意味着这部分非常保守的氨基酸不同的口服补液盐和的保存功能张力腿平台蛋白质可能是由这个主题区域。有趣的是,我们发现的多个主题Or5并不存在在其他口服补液盐,暗示可能会有一些不明Or5函数(图5一个)。
接下来,我们分析了张力腿平台的域,数据显示F-box-like域出现更多比任何其他领域除了肥胖的域(图5 b)。以前的工作表明,该盒域是与植物抗性反应环境压力(莱希et al ., 2006;陈et al ., 2014)。此外,组2氨基端没有盒,这是更相似张力腿平台基因家族的动物(图5 b)因此,我们推测,第1组的成员可能更适应环境而组2。
与图案的规律性和域相比,基因的结构张力腿平台家人之间是不同的不同的口服补液盐。组2的张力腿平台基因只是结论Or5更多的外显子和短DNA序列与他人相比图5 c)。因此,张力腿平台基因已经分化成不同的结构和功能。
的独联体元素的张力腿平台启动子
基因的转录是由发起人,和独联体元素可以提供多个基因功能的信息。因此,我们确定25 cis-elements张力腿平台基因是参与非生物压力,如低温反应、缺氧诱导和脱落酸反应(图6)。值得注意的是,我们也发现很多光响应元素和激素响应要素。此外,有许多MYB蛋白的结合位点已被证明参与寒冷、干旱和植物开发作为转录因子(Cominelli Tonelli, 2009;杜波et al ., 2010;燕et al ., 2021)。然而,MYB和之间的调控途径张力腿平台没有被报道。综上所述,我们推测张力腿平台基因参与了光反应,激素通路和植物的发展。
图6Cis-Acting元素的启动子张力腿平台基因。(一)Cis-Acting的元素张力腿平台基因以不同的颜色框(B)不同的启动子元素的百分比是饼状图所示。
的表达模式张力腿平台基因在三大粮食作物
为了确认是否张力腿平台基因参与的非生物压力和植物发展上面的结果,我们确定的表达模式张力腿平台基因在三个主要的粮食作物,大米、玉米和小麦(补充表7)。根据表达谱图7的表达模式张力腿平台基因可以分为两组,一些基因表达水平更高的地方,比如OsTLP10,OsTLP1,OsTLP4,TaTLP1,TaTLP2和TaTLP3,一些张力腿平台s基因很难检测,如OsTLP3,OsTLP11,OsTLP12,TaTLP33,TaTLP34和TaTLP35(图7)。我们指出的表达水平张力腿平台花序和谷物的基因高于根,种子和叶子。
图7表达谱的张力腿平台在三个谷类作物。O.sativa(一),T.aestivum(B),Z.mays(C)。红色/蓝色表示高/低水平的张力腿平台转录表达。
先前的工作已经证明了张力腿平台家庭有重要角色在植物的应激反应。因此,我们测量的表达水平OsTLPs冷,下盐和干旱。正如预期的那样,所有基因的表达水平调节在这些条件(图8;补充表8)。事实上,基因OsTLP10,OsTLP1和OsTLP4高表达水平在很大程度上调节压力,虽然OsTLP12,OsTLP14和OsTLP3基因表达水平也较低高度调节,以应对压力。这些结果证实,部分的张力腿平台基因可能是由不同的环境压力。
图8热图描述表达改变折叠张力腿平台基因在不同条件下。非生物压力包括寒冷、干旱和盐条件。不同颜色所代表的不同改变折叠。
OsTLPs的三维结构
蛋白质的功能也由其结构决定的,因此我们获得从瑞士OsTLPs新型网站的结构。以前的工作表明典型的桶状的形状是一个β-barrel包含一个反向α-helix和12股。所示图9,所有的反向OsTLPs有一个中央α-helix和14 - 17股。1成员,OsTLP4,OsTLP9,OsTLP10,OsTLP11和OsTLP12有14个反向链。只有一个OsTLP OsTLP8,这是唯一的得奖感言,有15个反向链。在一起,我们发现所有OsTLPs的三维结构是相似的,他们是在相同或更保守。
图9OsTLPs预测由瑞士的三维结构模型。α螺旋和β-folds绿色和黄色所示,分别。
的表达模式OsTLPs在种子萌发
的表达模式OsTLPs以上暗示OsTLP1,OsTLP3,OsTLP4,OsTLP10,OsTLP12和OsTLP14与环境相关的压力。基于之前的研究,张力腿平台基因家族也参加了种子萌发(李et al ., 2021),因此我们认为这六个基因的表达水平在1到6天后在水稻种子萌发。所有六个基因可能在种子萌发期,发现和表达水平最高的第三或第四天(图10)。特别是,我们发现出现在最明显的变化OsTLP10和OsTLP12。有趣的是,OsTLP10和OsTLP12在系统发育进化树(最近的亲戚图2)。以前的工作表明,张力腿平台与SKP1-like蛋白质也参与种子发芽。因此,我们观察到OsTLPs之间的交互和商船(SKP1例如在水稻基因)。之前的研究报道,OSK1、OSK8 OSK11、OSK20 OSK23, OSK24 OSK29,OSK31可以探测到的种子,但只有OSK1和OSK20可能与基因盒。此外,OSK1组成型表达在多种组织吗OSK20只有胚乳中高度表达(Kahloul et al ., 2013)。这意味着OsK20可能在种子萌发扮演关键角色。酵母2台混合动力来验证OsTLP10之间的交互,OsTLP12 OSK20。所示图10 g之间的交互观察OsTLP10 OSK20,但没有积极的菌株能找到OsTLP12和OSK20之间。此外,OsTLP10之间的相互作用和OSK20被拉下试验进一步证实。基于生物信息学和分子分析验证,我们建议OsTLP10调节种子萌发和OSK20可能运行在一起。
图10表达水平和交互的能力OsTLPs。(f)相关的表达OsTLPs在种子发芽。数据代表的意思是±SD从三个生物复制(学生的t检验,* * * P < 0.05, P < 0.01, * * * P < 0.001)。(G)交互OsTLP10和OsTLP12 OsK20由酵母2台混合动力分析。长篇OsTLP10和OsTLP12融合GAL4激活域和OsK20蛋白质融合GAL4 DNA binding-domain,分别。pGBK-T, pGAD-53被用作积极控制和pGBK-lam pGAD-53被选为消极的控制。(H)下拉试验是用来显示交互OsTLP10和OsK20之间的关系。IB,免疫印迹。融合蛋白His-OsK20和GST-OsTLP10被anti-His anti-GST抗体,分别。
讨论
以前的工作证明了张力腿平台发挥巨大的作用在植物开发和应对多种环境压力在拟南芥和木薯(保et al ., 2014;董et al ., 2019)。在这项工作中,我们首次发现的成员张力腿平台基因在多种作物,包括物种尚未被报道,H.vulgare,S.bicolor,S.italic。我们确定了20张力腿平台在G.max,9h . vulgare,14S.bicolor,12O.sativa,35T.aestivum,14S.italic和13Z.mays。我们发现大多数的物种有10 - 15张力腿平台,而有35TaTLPs在T.aestivum可能是由于六倍体小麦。通过对比张力腿平台基因在不同物种,我们发现没有直接的基因和基因组大小的数量之间的关系。例如,有20和13个成员g·马克斯(基因组大小:1100 Mbp)和Z。梅斯(基因组大小:2300 Mbp)。除此之外,h . vulgare只有9张力腿平台基因,最少在这项研究中,而基因组大小达到5.1 gb。此外,特定的WGD事件发生z梅斯没有增加的数量ZmTLPs,表明wgd之间没有直接关系,基因的数量。
根据系统发育进化树和口服补液盐,117个成员可以被两组和10口服补液盐,1和4是更为保守的与其他口服补液盐。成员在守恒的口服补液盐通常显示较高的表达水平,这在水稻和小麦是显而易见的。的张力腿平台相同基因家族在口服补液盐表现出类似的图案,领域,基因结构,独联体元素和表达模式,因此我们推测,部分的表达张力腿平台基因对植物生长和发展的正常生长环境,和张力腿平台基因功能冗余,可以诱导在变化的环境。Or5, group2的唯一成员,有多个主题不存在其他口服补液盐,比其他口服补液盐,外显子和较短的DNA序列和氨基端没有盒,指示张力腿平台基因Or5可能具有完全不同的功能,这需要进一步探索。
以前的张力腿平台的工作集中在植物开发和植物响应环境压力(赖et al ., 2004;保et al ., 2014;Wardhan et al ., 2016)。据的分析独联体元素的张力腿平台子,我们获得额外的监管信息。除了低温和干旱,张力腿平台也参与光和激素的反应,如生长素、水杨酸和赤霉素。有趣的是,我们还发现了一些转录因子参与了张力腿平台监管途径,如MYB家庭,是重要的转录因子存在于所有真核生物和参与细胞周期,对生物和非生物胁迫的响应和植物开发(Cominelli Tonelli, 2009;杜波et al ., 2010;燕et al ., 2021)。典型的桶状的域名也可以绑定到双链DNA来调节靶基因的表达(刘,2008;Caberoy et al ., 2010)。综上所述,张力腿平台的监管途径可以进一步细化。
张力腿平台和SKPs E3连接酶的关键部件自洽场复杂的植物中,参与蛋白质选择性降解(Horn-Ghetko et al ., 2021)。此外,张力腿平台和SKPs都被证明参与种子萌发,分别为(香港et al ., 2015;王et al ., 2018;李et al ., 2021),因此我们讨论了张力腿平台和SKPs能否互相调节种子萌发。我们第一次的表达模式分析张力腿平台和SKPs。通过存在,我们关注OsTLP10,OsTLP12,OSK20。接下来,使用酵母2台混合动力试验和下拉,我们证实OsTLP10和OSK20之间的交互。在结论中,我们表明,在水稻种子萌发OsTLP10发挥了关键作用,OsTLP10和OSK20种子中高度表达彼此互动。根据系统发育树,有OsTLP10的十名成员在同一分支,如SiTLP13 SbTLP10, ZmTLP12, TaTLP32 HvTLP8 (图5)。大部分的功能没有被报道,因此我们的工作提供了基础的功能探索这些张力腿平台在未来。在一起,根据我们的全基因组分析TLP基因家族,我们讨论了进化的关系,表达水平,监管网络和8种张力腿平台的相互作用的蛋白质,提供不同种类的进一步研究方向。
结论
在这项研究中,一个全面的分析张力腿平台基因在七种作物进行,包括张力腿平台基因鉴定、系谱分析、分类、染色体分布,基因重复,守恒的图案,功能域、基因结构、cis-elements和表达模式张力腿平台基因。此外,我们确认OsTLP10在水稻种子萌发发挥了关键作用,OsTLP10和OSK20种子中高度表达彼此互动。综上所述,我们的研究结果提供了基础的功能探索这些作物的张力腿平台。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料。进一步询问可以针对相应的作者。
作者的贡献
YZ和WH设计研究。YZ完成整个实验。JW进行了生物信息学分析。摩根富林明,HG向量进行建设。ZD, WZ和天气进行RNA提取。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
这项研究受到了中国国家重点研发项目(批准号2017 yfd0100400),创造性的研究小组的湖北省自然科学基金(2020 cfa009),中国国家自然科学基金(批准号31771746)和国家水稻产业技术体系(批准号CARS-01-07)。
确认
我们感谢编辑和评论者对他们有用的评论手稿。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1093944/full补充材料
补充图1 |守恒的主题在所有TLP蛋白质的序列
补充表1 |的基本信息张力腿平台基因在所有物种中分析了这项工作。
补充表2 |OsTLP6的蛋白质序列,ZmTLP10 ZmTLP15。
补充表3 |蛋白质序列,理论π和分子量的TLP家庭在所有物种。
补充表4 |Orthogroups七种作物。
补充表5 |Ka / Ks比率和散度的时候张力腿平台在同一物种基因配对。
补充表6 |Ka / Ks OsTLPs比率与张力腿平台与其他物种。
补充表7 |表达式的值OsTLPs,ZmTLPs和TaTLPs在多个组织。
补充表8 |表达式的值OsTLPs在不同的压力。
补充表9 |本文中使用的引物。
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关键词:张力腿平台、基因复制、cis-elements、表达模式、种子萌发、作物
引用:耿曾Y时,温家宝J,傅J, H,丹Z,赵W,徐黄W和W(2022)全基因组识别和综合分析tubby-like蛋白基因家族在多种作物。前面。植物科学。13:1093944。doi: 10.3389 / fpls.2022.1093944
收到:09年11月2022;接受:2022年11月25日;
发表:2022年12月14日。
编辑:
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