梨crp基因家族基因组范围鉴定与分析
摘要：近期大量研究表明，富含半胱氨酸的多肽（CRPs）在植物营养和生殖生长的细胞间信息交流中扮演着多种角色。许多参与了细胞信息传递过程的CRP被证实了参与了自交不亲和反应、促进花粉水合萌发，以及影响花粉管生长的引导。考虑到梨的有性生殖在果树产业中的重要性，同时，梨又是研究自交不亲和的一种很好的研究材料，本文展开对梨基因组范围CRP的鉴定、组织特异性和进化的全基因组分析。共收集到了385个完整的CRP基因和401个片段CRP基因。CRP基因被分类为不同的亚家族，每一个亚家族的成员都可以很好地进行比对。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1.1 CRP基因的鉴定 2
1.2进化分析和演变 2
1.3梨的CRP复制分析 2
2 结果与分析 2
2.1 CRP基因的鉴定 2
2.2 CRP基因的基因组分布特点 3
2.3梨的CRP基因的进化分析和演变 5
3 讨论 6
致谢 7
参考文献 7
梨CRP基因家族基因组范围鉴定与分析
引言
引言
植物有性生殖中，花粉萌发和花粉管生长对受精成功十分重要。在授粉过程中，花药携带着花粉粒到达雌蕊，重新水合。然后花粉管通过顶端生长，到达胚珠。最后，精子细胞被释放到胚囊中，完成受精。
自交不亲和对于植物维持遗传多样性十分重要[1]。 十字花科中，3种S位点蛋白质被发现参与自交不亲和反应，分别是：Slocus glycoprotein (SLG), Slocus receptorlike kinase (SRK)[2], M locus protein kinase (MLPK)[3], 以及S locus CysteineRich Protein (CRP) 或者Slocus protein 11 (SP11) [4,5]。SP11包含的半胱氨酸残基与柱头细胞膜中的SLG和SRK相互作用[6]。在罂粟中，stigma selfdeterminant (PrsS)与P
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
apaver rhoeas pollen determinant (PrpS)相互作用[7]。PrpS还可以激活钙离子通道，继而触发钙离子内流，导致细胞程序性死亡，下游的信号激活[8]。这些结果显示CRP基因参与了自交不亲和的信号转导过程。
当花粉萌发后，进入花粉管生长时，需要一些细胞外信号引导花粉管的伸长，比如LePRK1, LePRK2 和LePRK3。富含半胱氨酸的蛋白质LAT52对于水合作用是必需的，并作为LePRK2的配体[9]。LeSTIG1，来自雌蕊的一个很小的CRP，可以在细胞外结合LePRK1和LePRK2，甚至可以替代LAT52的作用[10]。（LeSTIG1, 花柱分泌的一种CRP，可以结合LePRK1和LePRK2的胞外结构域 [10]。）
在花粉管进入子房过程中，一些细胞外信号作为引导花粉管生长起促进作用，比如lipids 和γaminobutyric acid (GABA)[11，12,13]。
梨是世界上种植面积广泛的重要水果，并且是典型的自交不亲和的配子体植物，所以这些特性使它成为了植物有性生殖信号研究的一种很好的模型。尽管已经有一些关于CRP和defensinlike protein (DEFL)的全基因组研究，但对于梨的CRP基因家族的进化机制研究，尤其在涉及有性生殖中的CRP的研究仍十分重要。由于梨的基因组测定已经完成（砀山酥梨），通过对梨CRP基因进行全基因组范围的生物信息学研究，为系统地阐述梨CRP基因的进化奠定基础。
1 材料与方法
1.1 CRP基因的鉴定
本文采取的检索策略是基于逐次迭代的HMM模型建立，辅以BlastP收集梨CRP基因[14，15]。利用之前报道鉴定的516个CRP基因HMM模型检索梨的多肽数据库[16]。这些主要的模型来自UniProt蛋白质数据库中的CRP、33种植物和拟南芥与水稻的全部基因组中的CRP[17]。筛除这些结果中E值小于0.01的，得到385个完整的CRP基因。
为了找到在基因组测序中未被预测到的CRP，利用BlastP进行二次搜索。梨的完整基因组用6种方式翻译，使用385个完整的CRP基因进行BlastP搜索，删除冗余的序列后，得到401个基因片段。由于这些多肽是片段， 401个多肽都不适用于SignalP4.0检测信号肽。全部786个CRP基因被分成不同的亚家族，所有的亚家族成员都用Clustalw检查序列保守性[18] ，并利用JalView进行可视化分析[19]。ExPASy上的Compute pI/Mw 预测了等电点和分子量[20]。
1.2进化分析和演变
使用MEGA6.0构建了信号肽的进化树[21]。信号肽的氨基酸序列通过Muscle排列[22]，使用邻位相连法来构建进化树，并设置bootstrap为1000。Ka/Ks值的计算由KaKs_Calculator2.0完成，基于YN[23，24]。基因CDS序列被perl脚本转换为AXT格式以计算Ka/Ks值。所有生成的Ka/Ks值通过P值过滤(P<0.05)。
1.3梨的CRP复制分析
当序列的位置在100000bp window以内时，这些序列视作一个基因簇。包含超过两条序列的簇用来分析基因复制活动，每个簇分配一个数字。基因相似性由EBMLEBI计算(http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/)。
2 结果与分析
2.1 CRP基因的鉴定
本文利用HMM的逐次迭代和BlastP检索用来鉴定梨基因组中的CRP基因。之前鉴定出来的一组HMM[17]用来扫描梨基因组以得到完整的CRP基因，用在第一步中得到的完整的CRP基因，通过Blastp检索发现DEFL基因的片段。
总计鉴定了385个完整的CRP基因和401个基因片段。562个基因或基因片段可以锚定在染色体上。几乎所有在这个过程中鉴定出的基因序列都包含完整的或局部缺失的Cysstabilized alpha beta (CSαβ) motif和γcore motif[25，26]。考虑到通过BlastP检索得到的基因片段都是成熟的多肽，所有基因片段都没有明显的部分来编码信号肽。在385个完整的CRP基因中，308个包含信号肽；307个含有一个或两个外显子；大多数的基因长度从171 bp 到 8410 bp，除了一个基因含有11个外显子，长度是33962 bp。
通过对516个CRP模型使用hmmersearch，所有786个基因可以归类为132个亚家族[17]。在同一个亚家族的基因有着相似的分子特性，比如等电位点或是相对分子质量。然而，在不同亚家族的成熟的多肽包含着保守排列的半胱氨酸残基。在三种亚家族中，CSαβ motifs 就有三种保守排列的方式，在CRP3480.trim表现为CXXCX16CX33CX11CX40C (X: 任意氨基酸;数字表示一系列可以变动的氨基酸数目), CRP3370.trim表现为CXXCX19CX33CX10CX3943C, 而CRP0000.trim 则是CX910CX58CXXXCX9CX6CXCXXXXC。这个现象表明在不同亚家族中的基因的功能通过可以生成不同构象的CSαβ motifs来区分。
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摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 2
1.1 CRP基因的鉴定 2
1.2进化分析和演变 2
1.3梨的CRP复制分析 2
2 结果与分析 2
2.1 CRP基因的鉴定 2
2.2 CRP基因的基因组分布特点 3
2.3梨的CRP基因的进化分析和演变 5
3 讨论 6
致谢 7
参考文献 7
梨CRP基因家族基因组范围鉴定与分析
引言
引言
植物有性生殖中，花粉萌发和花粉管生长对受精成功十分重要。在授粉过程中，花药携带着花粉粒到达雌蕊，重新水合。然后花粉管通过顶端生长，到达胚珠。最后，精子细胞被释放到胚囊中，完成受精。
自交不亲和对于植物维持遗传多样性十分重要[1]。 十字花科中，3种S位点蛋白质被发现参与自交不亲和反应，分别是：Slocus glycoprotein (SLG), Slocus receptorlike kinase (SRK)[2], M locus protein kinase (MLPK)[3], 以及S locus CysteineRich Protein (CRP) 或者Slocus protein 11 (SP11) [4,5]。SP11包含的半胱氨酸残基与柱头细胞膜中的SLG和SRK相互作用[6]。在罂粟中，stigma selfdeterminant (PrsS)与P
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
apaver rhoeas pollen determinant (PrpS)相互作用[7]。PrpS还可以激活钙离子通道，继而触发钙离子内流，导致细胞程序性死亡，下游的信号激活[8]。这些结果显示CRP基因参与了自交不亲和的信号转导过程。
当花粉萌发后，进入花粉管生长时，需要一些细胞外信号引导花粉管的伸长，比如LePRK1, LePRK2 和LePRK3。富含半胱氨酸的蛋白质LAT52对于水合作用是必需的，并作为LePRK2的配体[9]。LeSTIG1，来自雌蕊的一个很小的CRP，可以在细胞外结合LePRK1和LePRK2，甚至可以替代LAT52的作用[10]。（LeSTIG1, 花柱分泌的一种CRP，可以结合LePRK1和LePRK2的胞外结构域 [10]。）
在花粉管进入子房过程中，一些细胞外信号作为引导花粉管生长起促进作用，比如lipids 和γaminobutyric acid (GABA)[11，12,13]。
梨是世界上种植面积广泛的重要水果，并且是典型的自交不亲和的配子体植物，所以这些特性使它成为了植物有性生殖信号研究的一种很好的模型。尽管已经有一些关于CRP和defensinlike protein (DEFL)的全基因组研究，但对于梨的CRP基因家族的进化机制研究，尤其在涉及有性生殖中的CRP的研究仍十分重要。由于梨的基因组测定已经完成（砀山酥梨），通过对梨CRP基因进行全基因组范围的生物信息学研究，为系统地阐述梨CRP基因的进化奠定基础。
1 材料与方法
1.1 CRP基因的鉴定
本文采取的检索策略是基于逐次迭代的HMM模型建立，辅以BlastP收集梨CRP基因[14，15]。利用之前报道鉴定的516个CRP基因HMM模型检索梨的多肽数据库[16]。这些主要的模型来自UniProt蛋白质数据库中的CRP、33种植物和拟南芥与水稻的全部基因组中的CRP[17]。筛除这些结果中E值小于0.01的，得到385个完整的CRP基因。
为了找到在基因组测序中未被预测到的CRP，利用BlastP进行二次搜索。梨的完整基因组用6种方式翻译，使用385个完整的CRP基因进行BlastP搜索，删除冗余的序列后，得到401个基因片段。由于这些多肽是片段， 401个多肽都不适用于SignalP4.0检测信号肽。全部786个CRP基因被分成不同的亚家族，所有的亚家族成员都用Clustalw检查序列保守性[18] ，并利用JalView进行可视化分析[19]。ExPASy上的Compute pI/Mw 预测了等电点和分子量[20]。
1.2进化分析和演变
使用MEGA6.0构建了信号肽的进化树[21]。信号肽的氨基酸序列通过Muscle排列[22]，使用邻位相连法来构建进化树，并设置bootstrap为1000。Ka/Ks值的计算由KaKs_Calculator2.0完成，基于YN[23，24]。基因CDS序列被perl脚本转换为AXT格式以计算Ka/Ks值。所有生成的Ka/Ks值通过P值过滤(P<0.05)。
1.3梨的CRP复制分析
当序列的位置在100000bp window以内时，这些序列视作一个基因簇。包含超过两条序列的簇用来分析基因复制活动，每个簇分配一个数字。基因相似性由EBMLEBI计算(http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/)。
2 结果与分析
2.1 CRP基因的鉴定
本文利用HMM的逐次迭代和BlastP检索用来鉴定梨基因组中的CRP基因。之前鉴定出来的一组HMM[17]用来扫描梨基因组以得到完整的CRP基因，用在第一步中得到的完整的CRP基因，通过Blastp检索发现DEFL基因的片段。
总计鉴定了385个完整的CRP基因和401个基因片段。562个基因或基因片段可以锚定在染色体上。几乎所有在这个过程中鉴定出的基因序列都包含完整的或局部缺失的Cysstabilized alpha beta (CSαβ) motif和γcore motif[25，26]。考虑到通过BlastP检索得到的基因片段都是成熟的多肽，所有基因片段都没有明显的部分来编码信号肽。在385个完整的CRP基因中，308个包含信号肽；307个含有一个或两个外显子；大多数的基因长度从171 bp 到 8410 bp，除了一个基因含有11个外显子，长度是33962 bp。
通过对516个CRP模型使用hmmersearch，所有786个基因可以归类为132个亚家族[17]。在同一个亚家族的基因有着相似的分子特性，比如等电位点或是相对分子质量。然而，在不同亚家族的成熟的多肽包含着保守排列的半胱氨酸残基。在三种亚家族中，CSαβ motifs 就有三种保守排列的方式，在CRP3480.trim表现为CXXCX16CX33CX11CX40C (X: 任意氨基酸;数字表示一系列可以变动的氨基酸数目), CRP3370.trim表现为CXXCX19CX33CX10CX3943C, 而CRP0000.trim 则是CX910CX58CXXXCX9CX6CXCXXXXC。这个现象表明在不同亚家族中的基因的功能通过可以生成不同构象的CSαβ motifs来区分。
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