马铃薯热激转录因子的全基因组鉴定与分析(2)

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2.3 马铃薯HSF基因的染色体位置 6

2.4 马铃薯HSF基因的微共线性关系 8

2.5 马铃薯HSF基因的系统进化关系 8

2.6 马铃薯HSF基因的表达特性 11

3 讨论与结论 12

参考文献 14

附录 16

致谢 17

马铃薯热激转录因子的全基因组鉴定与分析引言

热激转录因子(Heat shock factors, HSFs)是植物中比较重要的一类转录因子，在植物细胞中广泛存在，热激转录因子的表达可以在热胁迫下激活，另外，热胁迫信号转导和耐热性调控在植物转录水平上热胁迫响应基因的中心元件下起着至关重要的作用[1-5]。前人研究结果表明，热激转录因子的基因结构具有高度的保守性。热激转录因子最先是在酵母中发现的[6]。番茄中的HSFAla是调节热激反应的重要因子[7]。研究发现，热激转录因子是参与生命活动的重要因子，具有耐热的功能，为提高植物的抗逆性奠定了基础[8-10]。

马铃薯(Solanum tuberosum)，它属于茄科一年生草本植物，其块茎能够食用，它的排位在小麦、稻谷和玉米之后，是全球第四重要的粮食作物[11]。由于马铃薯可以被加工成馒头、面条、米粉等食物，中国已经启动将马铃薯作为主要粮食的发展战略计划[12]。马铃薯性喜冷凉，是低温作物。但随着环境的恶化，马铃薯的生产面临着新的挑战，因此，当前研究的重要内容是抗逆品种的选育。高温会对马铃薯的生长和发育造成严重影响，应对高温胁迫的有效途径是找出马铃薯的耐热基因，并且了解植物耐热机制，从而培育耐热品种。本文利用生物信息学方法鉴定了马铃薯热激转录因子数目，分析了基因结构，染色体定位以及基因共线与系统进化关系和基因表达情况等，这有助于更好的分析HSF基因的复杂性及其功能，为培育马铃薯耐热新品种提供理论依据。

1 数据与方法

1.1 基因鉴定与序列下载

为了鉴定出马铃薯基因组中HSF家族基因全部成员，本研究利用两种途径对马铃薯HSF家族基因进行搜索。一方面，直接从TAIR数据库中下载拟南芥HSF基因，利用AtHSF基因为检索序列，通过BLAST同源搜索在马铃薯基因组中检索马铃薯相应的同源基因，这些基因被认为是马铃薯HSF候选基因；另一方面，直接从Pfam数据库[13]中下载具有功能结构域PF00447的种子序列，利用这些种子序列建立HMM文件，然后利用HMMER工具[14]在马铃薯基因组中搜索相应的功能结构域，最终也得到马铃薯HSF候选蛋白。最后，利用Pfam工具对这些蛋白进行详细分析，凡是具有HSF典型功能结构域(PF00447)的蛋白均被认为是马铃薯HSF蛋白。以这些马铃薯基因ID号码，直接在Phytozome数据库[15]中下载这些基因的核酸、基因组和蛋白序列。

1.2 基因结构分析

为绘制马铃薯HSF基因的外显子和内含子组织结构，笔者将马铃薯HSF基因编码序列和相应DNA基因组序列进行两两比较，可以鉴定出外显子和内含子剪接位点，进而绘制出基因结构，这些分析均由GSDS 2.0[16]在线工具完成。

1.3 染色体定位分析

染色体定位信息可以为基因进化提供一定线索，同时也为基因起源阐明提供帮助。为将马铃薯HSF基因定位染色体上，我们以马铃薯HSF基因的DNA基因组序列为探针，通过BLASTN工具搜索位于染色体上同源匹配区段，如果能够达到98%序列相似性的匹配度以上，则认为该基因就定为这个位置。染色体定位图由GGT工具[17]完成，图片进行了细微手工调整。