高梁AGO蛋白家族基因鉴定及表达分析

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【研究背景】AGO蛋白(argonaute proteins)是一类庞大的基因家族,通过与小RNA等形成复合体参与植物生长发育、组织形成、细胞增殖凋亡、病毒防御、逆境响应等多种调节途径。AGO指导的基因沉默可以发生在转录水平和转录后水平,其中转录水平沉默涉及的24-26 nt siRNA可以指导DNA和组蛋白的甲基化修饰,与AGO蛋白形成复合体指导异染色质的组装;转录后水平沉默(PTGS)主要与靶mRNA的降解或翻译抑制相关。高粱Sorghum bicolor(L.) Moench为禾本科、一年生C4草本植物。AGOs基因家族在秀丽线虫、拟南芥、水稻、玉米、雷蒙德氏棉等物种中都已有研究,但关于高粱的SbAGOs家族至今未见报道。本研究利用生物信息学方法对SbAGOs基因家族进行生物信息学分析,为深入AGO基因功能研究提供理论依据;【材料与方法】利用已发表的拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtAGOs蛋白序列,同源比对PYTOZOME数据库(https://phytozomejgi.doe.gov/pz/portal.btml#)、GRAMENE数据库(htrp://www.gramene.org/),并用SMART数据库(http://smart.embl-heidelberg.de/)中对非冗余的蛋白序列进行保守结构域检测;通过作物基因组数据库GRAMENE(http://Www.gramene.org/)分析SbAGOs在染色体上的位置并采用基于Perl语言的软件包Circos进行可视化分析;利用PGDD(http://chibba.agtec.uga.edu/duplication/)分析SbAGOs家族成员间的Ks(同义替换率)与Ka(非同义替换率)并解析串联或片段重复事件;利用PHYTOZOME数据库对注释的SbAGOs进行表达量FPKM分析,并利用Multiexperiment Viewer 4(MeV4)进行聚类热图的绘制,默认距离矩阵Pearson Correlation;【结果与分析】采用三种方法结合并经过结构域重复筛选后,共获得非冗余的SbAGOs蛋白家族成员15个;15个SbAGOs分布在高粱chrl、chr2、chr4、chr6、chr8、chr9和chr10染色体上;鉴定出的3对重复基因,包括SbAG01-1和SbAG01-3,SbAG01-3和SbAGO1-4,SbAG05-2和SbAG05-4,结合它们在染色体上的分布情况,判断均以片段重复的方式实现进化,重复基因对的Ka/Ks值均小于0.2,表明片段复制发生以后,高粱基因经历了强烈的纯化选择作用,它们的基因功能并没有发生严重的分化;通过对SbAGOs在不同组织器官和生长发育阶段表达量的聚类分析,发现SbAG01-1、SbAG01-2、SbAG01-3、SbAGO4在高粱生长发育阶段表达量较高,尤其是SbAG01-1、SbAG01-2几乎在各个生长阶段都有表达,SbAGO1-1与SbAGO1-2、SbAG01-3与SbAG04在表达时期与表达量变化上情况一致;【结论】本研究采用生物信息学手段鉴定15个SbAGOs并进行了基因表达的系统分析,SbAGO1-3、SbAGO1-1在高粱响应高温和干旱逆境及生长发育过程中扮演重要角色。研究对于揭示SbAGO蛋白功能具有重要的理论指导意义,也为高粱的抗逆育种靶向基因资源的发掘提供借鉴。
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