大豆NIN轉(zhuǎn)錄因子全基因組鑒定、進(jìn)化及表達(dá)分析.pdf

1、NIN（Nodule inception）是植物中重要的轉(zhuǎn)錄因子，通常以多基因家族的形式在植物中廣泛分布。豆科植物中，NIN參與根瘤菌侵染和根瘤原基形成的過程，在根瘤固氮過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
　　目前，對(duì)NIN家族的研究主要集中在模式植物擬南芥和百脈根中，在其他物種中對(duì)NIN轉(zhuǎn)錄因子的系統(tǒng)性研究少有涉及。因此，本文利用生物信息學(xué)方法，以大豆基因序列和蛋白序列為材料，對(duì)大豆全基因組中NIN轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行鑒定，以期獲得較為完整的大豆NI

2、N家族信息。在此基礎(chǔ)上，對(duì)該家族成員進(jìn)行染色體定位、基因結(jié)構(gòu)、保守結(jié)構(gòu)域、系統(tǒng)進(jìn)化、表達(dá)分析、進(jìn)化速率分析和蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析。主要研究結(jié)果如下:
　　1、以Pfam數(shù)據(jù)庫中獲取的NIN序列保守結(jié)構(gòu)域RWP-RK(PF02042)的隱馬爾科夫模型文件為索引序列，用HMMER search軟件，在Phytozome數(shù)據(jù)庫中收集序列，并通過InterproScan驗(yàn)證，獲得了28個(gè)大豆NIN家族成員。
　　2、將28個(gè)大豆NIN

3、家族成員與擬南芥、水稻、苜蓿、百脈根和谷子共6個(gè)物種建立NIN家族系統(tǒng)發(fā)育樹，研究發(fā)現(xiàn)大豆NIN家族成員在各亞族中呈現(xiàn)不均衡分布;基因復(fù)制分析識(shí)別出16個(gè)大豆NIN家族成員復(fù)制基因?qū)?，占大豆NIN家族成員總數(shù)的50％以上，說明基因復(fù)制是大豆NIN家族擴(kuò)張的主要方式。16個(gè)大豆NIN復(fù)制基因?qū)χ谐?個(gè)基因?qū)榇?lián)重復(fù)外，其余14個(gè)均為片段重復(fù)。片段復(fù)制主要發(fā)生在大豆近兩次全基因組復(fù)制時(shí)期。
　　對(duì)大豆NIN家族成員保守結(jié)構(gòu)域分析表明

4、，同一亞族的NIN轉(zhuǎn)錄因子含有的motif類型和數(shù)目具有一定的相似性，其中motif1和motif3為大豆NIN的核心功能區(qū)域，它們?cè)诖蠖筃IN基因家族中分布廣泛。
　　基因進(jìn)化速率分析結(jié)果顯示，各組的進(jìn)化速率不相等，且其進(jìn)化速率ω顯著小于1.0，表明在進(jìn)化歷程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的純化選擇作用，基因功能分化受到嚴(yán)重抑制。
　　3、大豆NIN家族成員在根、莖、葉、花、根毛和根瘤組織中的表達(dá)特異性分析表明，大豆NIN家族成員在植物各組

5、織的表達(dá)水平存在明顯差異，GmNIN1、GmNIN2、GmNIN3、GmNIN4、GmNIN9、GmNIN10、GmNIN16、GmNIN17、GmNIN18、GmNIN19、GmNIN20、GmNIN21、GmNIN22、GmNIN23和GmNIN28共15個(gè)大豆NIN家族成員在與根瘤固氮有關(guān)的器官（根、根毛和根瘤）中高表達(dá)。
　　4、基因注釋和蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)分析表明，NIN轉(zhuǎn)錄因子為核心的六個(gè)互作網(wǎng)絡(luò)主要與硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞分裂

6、和結(jié)瘤早期信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生物過程有關(guān)。涉及同一基因家族的成員具有相同的互作網(wǎng)絡(luò)，同一網(wǎng)絡(luò)的基因承擔(dān)相同或相似的功能，推測(cè)互作網(wǎng)絡(luò)中基因Glyma.04G017400和Glyma.06G017800可能參與結(jié)瘤初期信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過參與細(xì)胞壁重排調(diào)控根瘤固氮，還可能通過MAPK途徑調(diào)控根瘤發(fā)生。并從分子網(wǎng)絡(luò)水平上解釋了NIN轉(zhuǎn)錄因子的作用機(jī)制。
　　通過對(duì)大豆NIN家族綜合系統(tǒng)的分析，完善了該家族的功能及進(jìn)化信息，本研究為大豆中NIN轉(zhuǎn)錄因