Page 109 - 《广西植物》2020年第6期

６ 期 蓝雨纯等: 小立碗藓扩展蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析 ８ ５ ５

Ｐ. ｐａｔｅｎｓ ｗｅｒｅ ｌｏｃａｔｅｄ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｃｅｌｌ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＣＥＬＬＯ ｏｎｌｉｎｅ ｔｏｏｌꎻ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ Ｅｕｋ￣ｍＰＬｏｃ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ＥＸＰ ｇｅｎｅ ｆａｍｉｌｙ ｍｅｍｂｅｒ ｗａｓ ｆｕｌｌｙ ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ｉｎ ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ. Ｇｅｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｂｏｕｔ ６８％ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｘ￣
ｐａｎｓｉｎ ｇｅｎｅ ｉｎ Ｐ. ｐａｔｅｎｓ ｃｏｎｔａｉｎｓ １－３ ｉｎｔｒｏｎｓ. Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐ. ｐａｔｅｎｓ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｐｒｏｔｅｉｎ
ｇｅｎｅ ｆａｍｉｌｙꎬ ｗｈｉｃｈ ｌａｙｓ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｔｓ ｅｘｔｅｎｄｅｄ
ｐｒｏｔｅｉｎ ｇｅｎｅｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: Ｐｈｙｓｃｏｍｉｔｒｅｌｌａ ｐａｔｅｎｓꎬ Ｅｘｐａｎｓｉｎꎬ ｇｅｎｅ ｆａｍｉｌｙꎬ ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ

植物细胞壁是植物细胞中是一种极其重要的 植物类群的模式植物ꎬ进化地位特殊ꎬ全基因组也
结构ꎮ 细胞壁能够决定细胞的形状ꎬ为细胞提供 已测序完成ꎬ是研究功能基因组学、发育生物学、
基本的机械支撑和硬度ꎬ是细胞抗击病原体的最 植物生理、系统进化理想材料ꎮ 小立碗藓基因组
后一道屏障( Ｃｏｓｇｒｏｖｅꎬ ２００５)ꎮ 扩展蛋白ꎬ即植物 大小为 ５１１ Ｍｂꎬ共含 ２７ 条染色体( Ｒｅｎｓｉｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ
细胞壁松弛蛋白(Ｅｘｐａｎｓｉｎｓꎬ ＥＸＰ)ꎬ是一类细胞壁 ２００２)ꎬ有着易与外源基因发生同源重组、易培养
蛋白ꎬ主要存在于各植物细胞组织中ꎬ通过引起细 且生长周期较短、表型易观察等优势ꎮ 本研究基
胞壁组分间的松驰和细胞壁柔韧性增加ꎬ参与植 于 ２００７ 年小立碗藓的全基因组序列测序工作完
物的许多生长发育过程ꎮ 成(ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｃｏｓｍｏｓｓ.ｏｒｇ/ )(Ｒｅｎｓｉｎｇ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００８)ꎬ
在对黄瓜(Ｃｕｃｕｍｉｃ ｓａｔｉｖｕｓ)下胚轴细胞壁酸诱 利用生物信息学的方法筛选鉴定小立碗藓扩展蛋
导伸展的研究实验中ꎬＣｏｓｇｒｏｖｅ ｅｔ ａｌ. (２００２) 首次 白基因家族成员ꎬ并对其进行进化树构建ꎬ染色体
发现 ＥＸＰꎮ 实验结果显示:ＥＸＰ 可以使经热钝化 定位、基因结构分析等ꎮ 为后续研究该基因家族
后的细胞壁恢复伸展活性ꎬ但不具有溶菌酶活性ꎬ 提供了参照ꎮ
并且达到几乎和离体细胞壁本身伸展活性相当的
程度ꎬ以此推测其具有调节植物细胞壁的伸展性 １ 材料与方法
的功能(Ｊａｖｉｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ １９９２)ꎮ 实验证实 ＥＸＰ 与许
多生长发育过程相关ꎬ例如:Ｃｏｓｇｒｏｖｅ ｅｔ ａｌ. (２００２) １.１ 材料
实验 发 现 果 实 成 熟 软 化 和 花 粉 管 延 伸 有 关ꎻ 以模式植物小立碗藓为研究对象ꎬ小立碗藓
Ｂｅｌｆｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ. (２００５)研究表明 ＥＸＰ 与叶片脱落有 全 基 因 组 数 据 下 载 于 Ｅｎｓｅｍｂｌ Ｐｌａｎｔｓ 数 据 库
关ꎻ除此之外ꎬ Ｈａｎ ｅｔ ａｌ. (２００４)研究显示 ＥＸＰ 基 (Ｂｏｌｓｅｒ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１７)(ｈｔｔｐ: / / ｐｌａｎｔｓ.ｅｎｓｅｍｂｌ.ｏｒｇ / ｉｎ￣

因在植物抗逆中也有重要作用ꎮ 早期研究表明ꎬ ｄｅｘ.ｈｔｍｌ)中最新数据ꎮ
ＥＸＰ 以酶催化的作用方式ꎬ使细胞壁组分间疏松ꎬ １.２ 小立碗藓 Ｅｘｐａｎｓｉｎ 基因家族的鉴定
细胞伸展ꎬ增强细胞柔韧性ꎬ以此缓解细胞在不良 由 Ｅｎｓｅｍｂｌ 数 据 库 ( ｈｔｔｐ: / / ａｓｉａ. ｅｎｓｅｍｂｌ. ｏｒｇ /
环境下的压力(Ｃｏｓｇｒｏｖｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ １９９７)ꎮ 近年来ꎬ随 ｉｎｄｅｘ.ｈｔｍｌ) 中获得小立碗藓基因组相关数据ꎻ从
着基因组测序技术的普及ꎬ越来越多的扩展蛋白 Ｐｆａｍ 数据库( ｈｔｔｐ: / / ｐｆａｍ. ｘｆａｍ. ｏｒｇ / ) 下载蛋白保
在其他物种中被鉴定ꎮ 依据进化关系ꎬ可将扩展 守结构域的隐马科夫模型文件( ∗. ｈｍｍ)ꎮ 利用
蛋白基因家族划分为四个亚家族:α、β、γ 和 δꎮ 如 ＨＭＭＥＲ 软件( Ｆｉｎｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１１) 中 ｈｍｍｓｅａｒｃｈ 工
今ꎬ科学研究在多种植物的不同生长阶段都发现 具搜索小立碗藓全基因组预测蛋白序列中含有
扩展蛋白存在ꎮ α￣ 和 β￣ｅｘｐａｎｓｉｎ 家族分别被重命 Ｐｏｌｌｅｎ＿ａｌｌｅｒｇ＿１( ＰＦ０１３５７) 和 ＤＰＢＢ＿１( ＰＦ０３３３０)
名为 ＥＸＰＡ 与 ＥＸＰＢꎬγ￣ｅｘｐａｎｓｉｎ 称为 Ｅｘｐａｎｓｉｎ￣ｌｉｋｅ 保守结构域的序列(李昊阳等ꎬ２０１４)ꎬ筛选Ｅ￣ｖａｌｕｅ <
￣２０
Ａ ( ＥＸＬＡ ) 和 δ￣ｅｘｐａｎｓｉｎ 称 为 Ｅｘｐａｎｓｉｎ￣ｌｉｋｅ Ｂ １ × １０ 的序列作为初筛序列ꎮ 利用初筛序列及
(ＥＸＬＢ)(金慧清等ꎬ２００６)ꎮ ＥＸＰＡ 和 ＥＸＰＢ 亚家 ＨＭＭＥＲ 软件重新构建小立碗藓的特异性 ｈｍｍ 文
族蛋白具有细胞壁伸展活性ꎬ参与细胞壁伸长和 件ꎬ并利用该 ｈｍｍ 文件再次进行筛选( Ｅ￣ｖａｌｕｅ <
其他 发 育 过 程 ( Ｈａｎｓ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００４)ꎻ 但 ＥＸＬＡ 和 ０.０１)ꎬ筛选所得序列为备用序列ꎮ 为保证搜索结
ＥＸＬＢ 两类亚家族仅仅知道其基因序列ꎬ暂无相关 果的准确性ꎬ通过 ＳＭＡＲＴ 网站(ｈｔｔｐ: / / ｓｍａｒｔ.ｅｍｂｌ￣
实验证明 ＥＸＬＡ 和 ＥＸＬＢ 两类亚家族蛋白具有增 ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ.ｄｅ / )对备用蛋白进行手动筛选( Ｌｅｔｕｎｉｃ

强细胞壁韧性的功能(Ｓａｍｐｅｄｒｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２００６)ꎮ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１２)ꎬ以手动剔除不含 Ｐｏｌｌｅｎ＿ａｌｌｅｒｇ＿１ 和
小立碗藓( Ｐｈｙｓｃｏｍｉｔｒｅｌｌａ ｐａｔｅｎｓ) 是 非 维 管 束 ＤＰＢＢ＿１ 两个保守结构域的序列ꎮ