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FK506结合蛋白(FKBPs,FK506-binding proteins)是免疫抑制剂FK506以及雷帕霉素的药物受体蛋白,它是一个大的蛋白家族,在多种生物体中已经发现。它在生物体中参与多种活动,如有些FKBPs可以调节激素信号转导通路,在种子的萌发,植株的生长等过程中起到重要的作用。还有一些FKBPs被发现在非生物胁迫以及植物抗逆性中起到重要作用,所以目前对植物体中FKBPs的研究已成为一个热点。本研究采用生物信息学与分子生物学相结合的手段对玉米全因组的FKBPs基因进行进化和表达分析,获得如下主要结果:
1.运用生物信息学的多种软件进行搜索和比对,在玉米全基因组中共获得了30个FKBPs蛋白的基因。通过对这30个FKBPs基因的序列分析可将其分为单结合域基因和多结合域基因两大类。基因复制分析发现有18个基因是来源于基因复制,占总数的一半以上,这说明基因复制可能是造成玉米中FKBPs基因数目多于其他生物的原因。
2.通过对玉米FKBPs基因进行染色体物理位置分析,结果显示这30个基因分散的分布在玉米的十条染色体上,1号和5号染色体上最多,各有7个基因;1、4、5三条染色体各有一个基因簇出现,这与拟南芥无基因簇有明显不同。
3.通过构建系统进化树分析了FKBPs基因的进化关系,结果显示这些基因主要分为两大分枝,两个分枝成员的相似性较高,而与水稻的FKBPs基因进行比较分析发现玉米与水稻的基因具有高度同源性,但在数目及进化关系上又存在一定的区别。这表明玉米中FKBP基因的进化相对较为复杂。
4.基序分析显示玉米FKBP基因的结构比较复杂,有的基因基序较长有将近600个氨基酸长度,包含有10几种不同的基序,而有的基因基序较短长度还不到100,最短的只包含3种基序,Motif16,Motif17,Motif18以及Motif19,这几种基序只在少数的基因中出现,但基本所有的基因都包含Motif1以及Motif4这两种基序,说明这两种基序在亲免蛋白的免疫机制中可能发挥着特殊的作用。
5.通过半定量RT-PCR技术,分析了玉米30个FKBPs基因在根、茎、叶的表达模式,结果显示30个FKBPs在各个组织中都有表达,而且不同的基因在不同的组织中表达强度有差异。ZmFKBP12a,ZmFKBP18-20在叶片中表达较强:ZmFKBP16-2b和ZmFKBP16-3则在根中表达较强,而ZmFKBP17-2a表现出根的特异性表达,这种表达模式为深入研究FKBPs基因的作用和功能提供了重要依据。