P34功能轉變和豆科植物重要性狀的分子進化研究.pdf

1、豆科植物是被子植物中的第三大科，分布廣泛，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛種植。它具有根瘤固氮特性，種子中富含油分和蛋白質，以及生物堿和類黃酮等次級代謝產(chǎn)物，具有極高的經(jīng)濟價值。因此，開展豆科植物研究具有理論與應用價值。全基因組復制是基因和物種進化的重要動力。業(yè)已表明，在豆科植物形成后不久，大多數(shù)豆科植物基因組在5800萬年前經(jīng)歷了一次全基因組復制。P34是一種致過敏性最強的大豆儲藏蛋白，也可能是參與植物防御反應的丁香交酯受體，而先前的研究卻表明P34

2、的祖先可能是一種半胱氨酸蛋白酶。由此，有理由猜測這次全基因組復制對豆科植物基因功能和眾多特性的進化產(chǎn)生重要影響。本研究首先分析P34功能轉變的進化細節(jié)，以了解新基因形成的進化規(guī)律;其次在全基因組水平上分析這次豆科植物復制基因的進化特征，進而探索其與豆科植物重要特性間的關聯(lián)。其主要結果如下：
　　 ⑴利用共線性網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫搜索P34的同源序列，與SPE31一起構建基因樹;結合基因表達和三維結構數(shù)據(jù)分析P34的進化機制。結果表明:基因

3、多次復制、外顯子重排及其導致的granulin結構域丟失和一些重要位點突變同P34功能轉變相關聯(lián)。盡管一些測驗支持了正選擇的存在，但同功能轉變有關的位點并未檢測到正選擇，說明新功能可能是中性選擇和隨機固定的結果。此外，發(fā)現(xiàn)Glyma08g12340和Medtr8g086470是木瓜蛋白酶的新亞家族。本章介紹了一個功能轉變研究的典型案例，有助于理解儲藏蛋白和過敏原的起源;
　　 ⑵利用大豆、苜蓿、木豆和百脈根4種豆科植物和葡萄、楊

4、樹和擬南芥3種非豆科植物的所有基因，重建了7個物種基因樹，并與物種樹比較，以推斷出代表早期豆科植物全基因組復制的結點。結果表明:在不考慮分支的Bootstrap值，僅考慮基因樹的拓撲結構的情況下，4種豆科植物大約共保留26.5％的復制基因，且豆科植物保留復制基因隨物種不同而異。大量復制基因間表達模式發(fā)生較大分歧。GO富集分析結果表明:豆科植物在這次全基因組復制中傾向保留響應環(huán)境變化和負責物質運輸?shù)膹椭苹?。并且發(fā)現(xiàn)許多可能和豆科植物的特