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F-box蛋白家族的特征是包含至少一个由40-50个保守氨基酸组成的F-box结构域。F-box蛋白是植物泛素酶体的重要组成部分,通过泛素化途径参与到多种细胞通路,比如花器官发育、信号转导、胁迫响应等重要的生理过程。在基因组范围内鉴定和分析F-box编码基因对挖掘基因、研究基因功能等有重要意义。苹果是一类重要的经济作物,目前对于苹果F-box编码基因的研究较少。本研究通过BLAST和隐马尔可夫模型搜索等方法,在苹果基因组内鉴定出517条F-box编码基因,根据这些基因编码蛋白包含的其他功能结构域,将这些F-box蛋白进行功能分组,并对这些基因的染色体定位、表达模式、胁迫响应等进行了分析,为阐明F-box基因在苹果中的功能提供更多的信息。主要研究结果如下:(1)采用两种方法及两层筛选在苹果基因组中鉴定得到517条F-box编码基因。利用拟南芥、水稻和玉米的F-box基因序列对苹果基因组进行本地BLAST,为了不漏掉可能的蛋白并兼顾可信度,将E值界限设为0.001,对小于或等于此E值的条目作为候选F-box编码基因;另外,利用包含F-box结构域序列特征的隐马尔可夫模型扫描苹果全基因组,将得到的条目也作为候选F-box编码基因。将上述两种方法得到的3000多条基因提交到Interpro数据库中进行验证以确定F-box结构域的存在,最终得到517条苹果F-box编码基因。(2)根据F-box蛋白所包含的功能结构域将苹果F-box家族分为12个组。除F-box结构域,F-box蛋白通常还包含一个或几个其他功能结构域,比如半乳糖氧化酶结构域、Kelch结构域等,根据这些结构域,将苹果517条F-box蛋白分为12个组。与其他植物中F-box家族研究不同,本研究首次将半乳糖氧化酶结构域作为一个单独的功能结构域进行分析,对包含该结构域的F-box蛋白,根据其是否也含有Kelch结构域,将这些蛋白分在FBKG组(F-box Kelch Galactose Oxidase)或FBG组(F-box Galactose Oxidase)中。(3)苹果F-box蛋白中F-box结构域保守氨基酸特征分析。将苹果F-box结构域的氨基酸序列提交到MEME网站进行分析,得到一个40个氨基酸长度的序列logo,结果分析表明,出现在第4、5、27和31位的亮氨酸、脯氨酸、缬氨酸和色氨酸残基在苹果F-box蛋白家族中高度保守,第13、16、17、28、29和40位,分别出现亮氨酸(苯丙氨酸)、亮氨酸(缬氨酸)、脯氨酸、半胱氨酸(丝氨酸)、赖氨酸(精氨酸)及苯丙氨酸(亮氨酸)的概率比较大。(4)苹果F-box基因家族成员在染色体上的定位分析。根据发布的苹果基因组,鉴定得到的517条苹果F-box编码基因中,有492条基因成功地定位到苹果全部17条染色体上。将相似度大于70%且出现在同一基因簇中的基因定义为串联重复基因,染色体定位结果显示苹果F-box基因在苹果基因组中有串联重复现象;除此之外,大量的F-box编码基因集中出现在基因组的同源区域内,而这些同源区是由苹果基因组倍增导致的,说明苹果F-box基因家族扩张主要是通过基因在染色体内串联重复及基因组倍增事件来实现的。(5)苹果F-box基因家族器官特异性表达分析。为了分析F-box基因成员在苹果不同器官中的表达情况,我们将从GEO数据库获得的转录组数据与F-box编码基因进行匹配,获得了苹果F-box基因的表达数据。根据F-box编码基因在各器官中的表达不同,通过聚类分析,将517个苹果F-box基因分为7个组,每一组有相似的器官特异性表达。随机挑选了10个F-box编码基因,利用qRT-PCR技术对其在各个器官中的表达量进行了检测,结果显示,大部分的F-box基因的表达趋势与从GEO获得的表达谱中的数据相吻合,说明转录组数据可信。(6)包含半乳糖氧化酶结构域的F-box编码基因的器官特异性表达模式分析。为了研究包含半乳糖氧化酶结构域的F-box编码基因在苹果各个器官中表达的特异性,从转录组中得到这些基因的表达数据,根据在各器官中的表达不同对基因进行聚类分析,结果表明,含有半乳糖氧化酶结构域的F-box编码基因在种子、苗、花和果实中有较高的表达,暗示着含有该结构域的F-box蛋白在这些器官中发挥重要作用。(7)苹果F-box基因参与果实成熟及非生物胁迫响应。为了研究苹果F-box基因在果实成熟过程中的作用,利用果实成熟转录组数据分析了苹果F-box家族蛋白的表达量,发现其中5个基因的表达随果实成熟过程上调较明显,暗示其在果实成熟过程中发挥作用。从鉴定到的苹果F-box基因中挑选了10个基因,对其在冷胁迫下的表达情况进行了分析。发现有7个F-box基因的表达量上调,有3个基因的表达量下调,这些结果说明苹果F-box基因能够响应冷胁迫。