水稻PAP基因家族的生物信息学分析

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摘要：紫色磷酸酶(PAP)是一类金属水解酶。PAP基因在拟南芥中已有较多研究，而其在水稻中的进化和功能还不明确。本研究采用生物信息学方法鉴定出水稻基因组中27个PAP基因，并对其进行了系统发育和表达分析。结果表明，该家族蛋白质可分为3个亚组，说明其成员已经发生了分化；在系统发育树的末端发现了8对旁系同源基因，说明物种特异性扩张是该家族进化的主要动力。基因复制分析表明，有6组基因起源于片段复制事件，5组基因起源于串联重复事件。表达模式分析表明，多数基因在不同组织器官中呈组成型表达；部分基因在生殖组织、穗子或胚芽中特异性表达。激素处理下的表达分析表明，部分基因表达受到植物激素的调控。这些结果为水稻PAP基因的功能分析奠定基础。54346

毕业论文关键词：水稻，PAP基因，系统发育分析，表达分析

Abstract：Purple acid phosphatase (PAP) is a kind of metal hydrolase. PAP genes have been widely studied in Arabidopsis; however, their evolution and function in rice remain illusive. In this study, we identified 27 PAP genes in rice genome using bioinformatics approaches and performed phylogenetic and expression analyses. The results showed that OsPAP proteins could be pided into 3 subgroups, indicating that pergence has occurred among this family; 8 pairs of paralogs were found at the end of the phylogenetic tree, suggesting that species-specific expansion contributes to the evolution of this family. Gene duplication event analysis showed that 6 groups of genes originated from segmental duplication events and 5 groups of genes originated in tandem repeat. Expression pattern analysis showed that, most genes were constitutively expressed in different tissues and organs; some genes were specifically expressed in reproduction tissues, panicles or plumules. Plant hormone treatment revealed that expression of some genes was regulated by plant hormones. These results lay a foundation for further functional analysis of rice PAP gene.

Key words: rice, PAP gene, phylogenetic analysis, expression analysis

1 引言 4

2 材料与方法 4

2.1 序列检索和复制事件分析 4

2.2 蛋白质等电点和亚细胞定位预测 5

2.3 多序列对比和系统发育分析 5

2.4 表达分析 5

3 结果与分析 5

3.1 水稻中的PAP基因 5

3.2 染色体分布和复制事件 6

3.3 OsPAP基因系统发育分析 7

3.4 OsPAP基因表达模式分析 8

3.5 OsPAP基因对不同植物激素的应答 9

结论 11

参考文献 12

致谢 13

1 引言

紫色磷酸酶（Purple Acid Phosphatases, PAP）家族是生物体内存在的一种金属水解酶，其成员普遍存在于原核和真核生物中。目前，PAP已经从多种动物、植物和细菌中分离得到。在哺乳动物中，PAP蛋白可能参与铁的转运、骨的吸收和矿化以及一些氧化还原反应[1]。细菌中分离的PAP不多，仅从无花果曲霉、粗糙脉孢霉、微球菌中分离出来，但是对其功能还不是很清楚[2]。PAP在植物生长发育过程中具有多种生物学功能，如参与植物磷素吸收利用多种氧化还原反应、花的发育以及细胞壁的合成等，其中以参与植物磷素吸收与利用最为重要[3]。磷是植物生长发育需要的大量元素之一，植物需从土壤中吸收足够的磷来维持其正常的生命活动。植物受低磷胁迫诱导时一些PAP会大量表达，并分泌到根际土壤中，推测它们可以水解根际土壤中的磷脂化合物释放出Pi，供植物利用[4]。在农业生产上，土壤中可利用的有效磷(Pi)普遍缺乏，只能靠外施磷肥来补充，而长期施用磷肥导致土壤中无效磷的积累和土壤结构的破坏。因此培育磷高效的转基因作物既可以节约生产成本，又可改良生态环境，是解决磷营养问题的有效途径之一[5]。