草莓中细胞分裂素合成基因ipt的鉴定
摘要：细胞分裂素对于植物生长发育有着重大的影响，而IPT是细胞分裂素合成过程中的关键基因，因此我们对草莓中细胞分裂素合成基因IPT的研究具有重要的意义。首先，我们从JGI数据库下载草莓全基因组和蛋白组序列，然后对草莓蛋白组数据库进行同源序列搜索，获得7条同源IPT蛋白序列，并利用生物信息学方法对草莓以及拟南芥IPT家族共16条IPT蛋白序列以及基因组定位进行分析，比较了草莓与拟南芥的IPT家族之间的关系。结果显示这7条草莓IPT蛋白序列与9条拟南芥IPT蛋白序列可分为ATP/ADP-IPT和tRNA-IPT两类，并且两个不同物种的部分蛋白序列在进化树上具有一一对应的亲缘关系,说明了拟南芥与草莓IPT基因间可能具有较高的相似性。进一步的基因组定位结果发现研究的7条草莓IPT基因不均匀地分布在3条染色体上，其中FvIPT2和FvIPT7几乎在草莓所有组织中均有较高的表达，而其它FvIPT基因只在部分组织中有不同程度的表达。本文实验结果为草莓IPT 基因家族的进一步功能分析提供了重要的理论基础。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1材料与方法2
1.1IPT在草莓家族中的识别与鉴定2
1.2进化树构建 2
1.3IPT基因结构分析 2
1.4IPT家族motif分析 3
1.5IPT基因家族染色体定位 3
1.6草莓中IPT基因表达模式分析 3
2结果与分析3
2.1IPT在草莓家族中识别与鉴定3
2.2IPT家族系统进化分析4
2.3IPT基因结构分析5
2.4IPT家族motif分析6
2.5IPT基因家族染色体定位6
2.6草莓中IPT基因表达模式分析7
3讨论8
致谢8
参考文献8
草莓中细胞分裂素合成基因IPT的鉴定
引言
细胞分裂素（cytokinin，缩写为CK）是一类较活跃的植物类激素，在植物的整个生长发育过程中起着重要的调控作用，广泛参与植物细胞的分裂、光形
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
态建成、顶端优势的维持、种子萌发、衰老以及植物的抗逆性等生长发育过程[1]。外源细胞分裂素能够促进草莓、西瓜、梨和苹果的未授粉果实的发育[10]，从而产生无籽果实。研究表明高水平的内源细胞分裂素也能够促进番茄的果实发育[11]。Takeno 等（1992）认为，草莓果实发育中细胞分裂素可能发挥着最为重要的作用[4]。天然存在的具有活性的细胞分裂素是N6异戊烯腺嘌呤衍生物[2]。根据侧链的结构，细胞分裂素可分为类异戊二烯形式类型的细胞分裂素和芳香族类型形式的细胞分裂素。类异戊二烯形式的细胞分裂素包括异戊烯腺嘌呤型细胞分裂素，反式玉米素型细胞分裂素和顺式玉米素型细胞分裂素等[1]。而IPT基因编码的蛋白是催化植物细胞分裂素合成途径中最关键的限速酶。
草莓是一种多年生的草本植物，常见的栽培草莓品种往往是八倍体，其染色体结构比较复杂，因此研究其二倍体种森林草莓就成为主要的途径。森林草莓(Fragaria vesca)，又名野草莓，是野生二倍体物种 (2n=2x=14)，其基因组小，只有约 240 MB，生长周期短、容易再生，是草莓育种和研究遗传规律的理想材料，为研究栽培草莓提供了巨大的优势[1]。
前人研究发现在拟南芥中有9个IPT 基因家族成员，被命名为AtIPT1～AtIPT9[2]。AtIPT1在主根原形成层中的木质部前体细胞以及萌发后不久幼苗的子叶末端表达，在侧根中的表达模式与主根的相同；AtIPT3在贯穿整个植株的维管束的韧皮部表达，在根的中柱鞘中也有微弱的信号；AtIPT和AtIPT8的表达模式相似，它们在种子发育早期的胚乳的合点端表达信号最强，在胚乳的其它部分活动较弱；AtIPT5分别在根尖的分生区、中央根冠、侧芽、幼花序以及果实的离层中表达；AtIPT7则在根伸长区的内皮层、幼叶的表皮毛以及花粉管中表达[3]。
在本研究中，通过比较基因组学分析，较为全面的分析了草莓IPT基因家族。本研究的目的如下：（1）对草莓IPT基因家族的识别与鉴定；（2）对IPT家族系统进化进行分析；（3）对IPT基因结构进行分析；（4）对IPT家族基序进行分析；（5）对IPT基因家族进行染色体定位；（6）利用RNAseq数据分析草莓IPT基因在六种组织中的表达模式。本研究较为系统的分析了草莓IPT基因的相关结构、进化关系及表达模式等，为与其它物种中的IPT基因家族进行比较基因组学研究提供了丰富的资源。
1.材料与方法
1.1 IPT在草莓家族中的识别与鉴定
从JGI数据库下载草莓全基因组和蛋白组序列，构建本地 blast 数据库。从 PFam(http://pfam.sanger.ac.uk/) 数据库中下载IPT蛋白保守结构域,以其作为隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model)文件中的模板在本地 blast（0.001）搜索。利用 perl 程序提取cDNA序列和保守结构域序列，将搜索结果利用PFAM工具进行验证，最终在森林草莓中确定了7个FvIPT基因.利用Bioxm2.7软件来分析IPT的相关理化性质，如分子量（Kda）、蛋白序列长度以及等电点（PI）。
1.2 构建进化树
对得到的拟南芥和草莓IPT基因家族蛋白序列，使用clustal软件进行序列比对，所有参数都使用默认值。利用MEGA6.0 软件邻接(NeighborJoining)方法构建系统发生树[15],参数的设置如下：进化树构建方法：poisson model，测试方法:bootstrap，重复数:1000。
1.3 IPT基因结构分析
利用GSDS（http://gsds.cbi.pku.edu.cn/）对草莓和拟南芥IPT基因结构进行分析。
1.4 IPT家族motif分析
IPT蛋白的结构域通过MEME Suite(http://memesuite.org/)进行鉴定分析。设定参数为：基序数量，15；最小宽度，6；最大宽度，50。
1.5 IPT基因家族染色体定位
根据草莓和拟南芥的注释信息中IPT基因在染色体的位置信息，用MapInspect软件对草莓和拟南芥中的IPT基因进行定位。
1.6草莓中IPT基因表达模式分析
根据草莓RNAseq的转录组数据 [9]分析了IPT基因家族在不同组织中的表达模式，不同颜色代表了不同表达量，红色代表高表达，绿色代表低表达。
2.结果与分析
2.1 IPT在草莓家族中的识别与鉴定
草莓的基因组序列从JGI数据库（http://genome.jgi.doe.gov/）下载，利用IPPT核心结构域的种子序列对草莓基因组进行BLAST比对。鉴定了7个草莓FvIPT基因和9个从TAIR网站下载拟南芥的AtIPT基因。使用Bioxm2.7软件分析IPT基因家族的理化性质：蛋白序列长度，等电点（PI）以及分子量（FW）（表1）。在草莓基因组数据库中共检索到7个IPT 基因，分别命名为FvIPT1、FvIPT2、FvIPT3、FvIPT4、FvIPT5、FvIPT6和FvIPT7。我们发现草莓IPT中FvIPT2和FvIPT7与其余IPT相比较为特殊，其蛋白序列长度分别为718aa和809aa，分子量分别为176.551和201.132，等电点分别为4.730和4.655，而其它蛋白序列长度均在290aa至400aa之间，分子量在70Kda至100Kda之间，等电点在4.7至4.9之间，从这三点上来看，二者在蛋白长度和分子量上有较大差别，但在等电点方面差别不大。同样的情况也发生在了拟南芥IPT的分析结果中，这是一个有趣的现象：拟南芥IPT中AtIPT2和AtIPT9较为特殊，其蛋白序列长度分别为467aa和470aa，分子量分别为113.362Kda和116.866Kda，等电点分别为4.854和4.799，而其它蛋白序列长度均在310aa至360aa之间，分子量均在75Kda至90Kda之间，等电点在4.7至4.9之间。由此可以推测，FvIPT2和FvIPT7、AtIPT2和AtIPT9基因在功能上可能与其他的IPT基因有所差别。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1材料与方法2
1.1IPT在草莓家族中的识别与鉴定2
1.2进化树构建 2
1.3IPT基因结构分析 2
1.4IPT家族motif分析 3
1.5IPT基因家族染色体定位 3
1.6草莓中IPT基因表达模式分析 3
2结果与分析3
2.1IPT在草莓家族中识别与鉴定3
2.2IPT家族系统进化分析4
2.3IPT基因结构分析5
2.4IPT家族motif分析6
2.5IPT基因家族染色体定位6
2.6草莓中IPT基因表达模式分析7
3讨论8
致谢8
参考文献8
草莓中细胞分裂素合成基因IPT的鉴定
引言
细胞分裂素（cytokinin，缩写为CK）是一类较活跃的植物类激素，在植物的整个生长发育过程中起着重要的调控作用，广泛参与植物细胞的分裂、光形
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
态建成、顶端优势的维持、种子萌发、衰老以及植物的抗逆性等生长发育过程[1]。外源细胞分裂素能够促进草莓、西瓜、梨和苹果的未授粉果实的发育[10]，从而产生无籽果实。研究表明高水平的内源细胞分裂素也能够促进番茄的果实发育[11]。Takeno 等（1992）认为，草莓果实发育中细胞分裂素可能发挥着最为重要的作用[4]。天然存在的具有活性的细胞分裂素是N6异戊烯腺嘌呤衍生物[2]。根据侧链的结构，细胞分裂素可分为类异戊二烯形式类型的细胞分裂素和芳香族类型形式的细胞分裂素。类异戊二烯形式的细胞分裂素包括异戊烯腺嘌呤型细胞分裂素，反式玉米素型细胞分裂素和顺式玉米素型细胞分裂素等[1]。而IPT基因编码的蛋白是催化植物细胞分裂素合成途径中最关键的限速酶。
草莓是一种多年生的草本植物，常见的栽培草莓品种往往是八倍体，其染色体结构比较复杂，因此研究其二倍体种森林草莓就成为主要的途径。森林草莓(Fragaria vesca)，又名野草莓，是野生二倍体物种 (2n=2x=14)，其基因组小，只有约 240 MB，生长周期短、容易再生，是草莓育种和研究遗传规律的理想材料，为研究栽培草莓提供了巨大的优势[1]。
前人研究发现在拟南芥中有9个IPT 基因家族成员，被命名为AtIPT1～AtIPT9[2]。AtIPT1在主根原形成层中的木质部前体细胞以及萌发后不久幼苗的子叶末端表达，在侧根中的表达模式与主根的相同；AtIPT3在贯穿整个植株的维管束的韧皮部表达，在根的中柱鞘中也有微弱的信号；AtIPT和AtIPT8的表达模式相似，它们在种子发育早期的胚乳的合点端表达信号最强，在胚乳的其它部分活动较弱；AtIPT5分别在根尖的分生区、中央根冠、侧芽、幼花序以及果实的离层中表达；AtIPT7则在根伸长区的内皮层、幼叶的表皮毛以及花粉管中表达[3]。
在本研究中，通过比较基因组学分析，较为全面的分析了草莓IPT基因家族。本研究的目的如下：（1）对草莓IPT基因家族的识别与鉴定；（2）对IPT家族系统进化进行分析；（3）对IPT基因结构进行分析；（4）对IPT家族基序进行分析；（5）对IPT基因家族进行染色体定位；（6）利用RNAseq数据分析草莓IPT基因在六种组织中的表达模式。本研究较为系统的分析了草莓IPT基因的相关结构、进化关系及表达模式等，为与其它物种中的IPT基因家族进行比较基因组学研究提供了丰富的资源。
1.材料与方法
1.1 IPT在草莓家族中的识别与鉴定
从JGI数据库下载草莓全基因组和蛋白组序列，构建本地 blast 数据库。从 PFam(http://pfam.sanger.ac.uk/) 数据库中下载IPT蛋白保守结构域,以其作为隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model)文件中的模板在本地 blast（0.001）搜索。利用 perl 程序提取cDNA序列和保守结构域序列，将搜索结果利用PFAM工具进行验证，最终在森林草莓中确定了7个FvIPT基因.利用Bioxm2.7软件来分析IPT的相关理化性质，如分子量（Kda）、蛋白序列长度以及等电点（PI）。
1.2 构建进化树
对得到的拟南芥和草莓IPT基因家族蛋白序列，使用clustal软件进行序列比对，所有参数都使用默认值。利用MEGA6.0 软件邻接(NeighborJoining)方法构建系统发生树[15],参数的设置如下：进化树构建方法：poisson model，测试方法:bootstrap，重复数:1000。
1.3 IPT基因结构分析
利用GSDS（http://gsds.cbi.pku.edu.cn/）对草莓和拟南芥IPT基因结构进行分析。
1.4 IPT家族motif分析
IPT蛋白的结构域通过MEME Suite(http://memesuite.org/)进行鉴定分析。设定参数为：基序数量，15；最小宽度，6；最大宽度，50。
1.5 IPT基因家族染色体定位
根据草莓和拟南芥的注释信息中IPT基因在染色体的位置信息，用MapInspect软件对草莓和拟南芥中的IPT基因进行定位。
1.6草莓中IPT基因表达模式分析
根据草莓RNAseq的转录组数据 [9]分析了IPT基因家族在不同组织中的表达模式，不同颜色代表了不同表达量，红色代表高表达，绿色代表低表达。
2.结果与分析
2.1 IPT在草莓家族中的识别与鉴定
草莓的基因组序列从JGI数据库（http://genome.jgi.doe.gov/）下载，利用IPPT核心结构域的种子序列对草莓基因组进行BLAST比对。鉴定了7个草莓FvIPT基因和9个从TAIR网站下载拟南芥的AtIPT基因。使用Bioxm2.7软件分析IPT基因家族的理化性质：蛋白序列长度，等电点（PI）以及分子量（FW）（表1）。在草莓基因组数据库中共检索到7个IPT 基因，分别命名为FvIPT1、FvIPT2、FvIPT3、FvIPT4、FvIPT5、FvIPT6和FvIPT7。我们发现草莓IPT中FvIPT2和FvIPT7与其余IPT相比较为特殊，其蛋白序列长度分别为718aa和809aa，分子量分别为176.551和201.132，等电点分别为4.730和4.655，而其它蛋白序列长度均在290aa至400aa之间，分子量在70Kda至100Kda之间，等电点在4.7至4.9之间，从这三点上来看，二者在蛋白长度和分子量上有较大差别，但在等电点方面差别不大。同样的情况也发生在了拟南芥IPT的分析结果中，这是一个有趣的现象：拟南芥IPT中AtIPT2和AtIPT9较为特殊，其蛋白序列长度分别为467aa和470aa，分子量分别为113.362Kda和116.866Kda，等电点分别为4.854和4.799，而其它蛋白序列长度均在310aa至360aa之间，分子量均在75Kda至90Kda之间，等电点在4.7至4.9之间。由此可以推测，FvIPT2和FvIPT7、AtIPT2和AtIPT9基因在功能上可能与其他的IPT基因有所差别。
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