部分野生稻中查尔酮异构酶基因家族的分子进化

摘要

野生稻具有丰富的遗传多样性，对许多常见病害以及逆境等都具有抗性和耐受性，加之较为清晰的谱系关系，使它们成为提升水稻品质和解决进化问题的双重研究模式体系。类黄酮类化合物不仅增加植物的色彩并且在诸如保护植物免受紫外线和病原体侵害、调控植物的雄性育性等植物的防御和发育过程发挥重要的作用。查尔酮异构酶（Chalcone isomerase,CHI,EC5.5.1.6)是类黄酮合成途径的关键酶，催化查尔酮分子内环化，是类黄酮合成的限速酶，隶属查尔酮异构酶基因家族。尽管作为典型的催化酶，针对查尔酮异构酶本身的研究非常丰富，但对其整个基因家族在不同植物类群中的组成、起源和复制历史以及在多倍体中的进化规律等却少有涉及。本文通过对药用野生稻O.officinalis转录组的测序和深入查询，综合生物信息学手段阐明查尔酮异构酶基因家族成员在野生稻二倍体中的分子进化特点；同时通过对野生稻中具CCDD基因组异源多倍体中高度同源的CHI家族成员Ochi4和Ochi5基因进化规律的研究，揭示出倍增基因在野生稻多倍体中的核苷酸多样性、进化动态和表达偏好。具体研究内容如下：
　　一、通过对药用野生稻O.officinalis转录组的测序和生物信息学分析，发现查尔酮异构酶基因家族在野生稻二倍体中至少包括5个成员，其中3个被认为和脂肪酸结合蛋白有关；同时研究也发现成员Ochi4与Ochi5无论是在核苷酸水平、蛋白质理化性质以及蛋白结构上都高度相似。进一步的系统发育分析表明，CHI基因家族的起源古老，最初的起源可以追溯到早期陆生植物的祖先种内。
　　二、通过大范围分子克隆和测序分析，对具有CCDD基因组的3个物种，O.alta、O.grandiglumis和O.latifolia的9个样品的Ochi4和Ochi5基因的进化规律进行了深入研究。结果表明，两个查尔酮异构酶家族成员Ochi4和Ochi5在3个物种的DNA水平上体现出基本一致的进化规律。首先，它们都随着物种基因组的加倍发生了倍增，多倍体内都同时出现了来自双亲基因组类型的倍增组分。其次，倍增组分均体现出长度多态性，相对C基因组来源组分，D基因组来源的组分在第三个内含子均有不同长度的片段插入。最后，倍增组分在彼此的进化动力上也呈现类似的进化趋势，即均是D基因组类型具有较高的核苷酸多样性。但是，在mRNA水平，Ochi4和Ochi5却显示出不一样的表达模式。其中基因Ochi4在三个物种中采用倍增基因分化表达的方式，物种O.alta，O.grandiglumis选择表达来自C基因组的类型，而物种O.latifolia则选择表达来自D基因组的类型；然而，基因Ochi5在三个物种中却采用单一组分一致性表达的方式，3个物种均只选择来自D基因组的倍增组分进行表达。

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第一部分 综述

1.1 类黄酮生物合成途径简介

1 .1 .1类黄酮化合物的基本概况

1.1.2 类黄酮化合物代谢途径

1.2植物类黄酮合成途径中的查尔酮异构酶（chalcone isomerase）

1.2.1 查尔酮异构酶（CHI）的基本概况

1.2.2查尔酮异构酶（CHI）对类黄酮代谢的影响

1.2.3查尔酮异构酶（CHI）在多数植物中由基因家族编码

1.3 含CCDD基因组的野生稻物种和有关二倍体物种概况

第二部分 药用野生稻查尔酮异构酶基因家族的生物信息学分析

2.1材料和方法

2.1.1转录组获得

2 .2 结果和分析

2.2.1 药用野生稻CHI家族基因的序列的理化性质分析

2 .2 .2 信号肽的预测和分析

2.2.3基因编码蛋白的亚细胞定位

2.2.4 疏水性与亲水性的预测和分析

2.2.5 二级结构的预测和分析

2.2.6 三级结构的预测和分析

2.2.7 CHI基因家族编码蛋白保守区预测与分析

2.2.8 CHI 基因家族的系统发育关系分析

2.3 小结

第三部分CHI基因家族在具CCDD基因组野生稻中的分子进化

3.1引言

3.2实验材料和方法

3.3 数据处理

3.4 实验结果

3.5 2个查尔酮异构酶编码基因分子进化分析

3 .6 讨论

参考文献

致谢