摘要：CPP-like转录因子基因家族(CPP-like gene family)在植物的形态构建中发挥重要功能。CPP-like基因家族成员数目较少, 典型的特征是含有一到两个富含半胱氨酸(cysteine)的结构域,即CXC结构域。通过CPP-like家族中高度保守的CXC结构域，我们在荷花全基因组范围鉴定了6个CPP-like基因，并进行比较分析以及分子进化研究。发现其家族按照物种特异性方式进行了扩张，并且存在基因丢失的现象。进化分析表明 CPP-like基因家族在长期进化过程中存在选择压力的差异。本研究发现其中的5个节点在进化过程中受到正选择压力的影响。正选择压力影响CPP-like基因的进化。协同进化分析表明CXC结构域2与结构域间序列在进化的过程中协同进化,两者的功能也是相互作用的。且基因中获得和丢失内含子都对基因的进化有影响。

关键词：CPP-like基因家族；CXC结构域；特异性扩张；正选择

Molecular Evolution of CPP-like Gene Family in      Nelumbo Nucifera Based on Bioinformatics Methods

Abstract：CPP-like gene family plays an important role in the construction of plant form. It is a small family features the existence of two similar Cys-rich domains termed CXC domain in their protein products. We identified 6 CPP-like genes in Lotus genome by CXC domains which are highly conserved. Phylogenetic analysis shows that CPP-like gene family in lotus genome extended according to species specific ways, and gene loss phenomenon is also found in lotus. Evolutionary analysis tells that the CPP-like gene family has a difference in selection pressure during long-term evolution. This research found that 5 of these nodes were affected by positive selection pressure during evolution. Also, co-evolution do exist between the CXC domains. Studies showed that the acquisition and loss of the intron play an important role in the evolution of gene.

Key words: CPP-like gene family; CXC domain; Phylogenetic tree; Specific expansion; Positive selection

目  录

摘要1

关键词1

Abstract1

Key words1

引言1

1材料与方法2

1.1序列搜索2

1.2多序列联配3

1.3系统发生树的构建3

1.4正选择作用分析3

1.5结构域的协同进化分析3

2 结果与分析3

2．1 荷花基因组中的CPP-like基因4

2．2 荷花CPP-like的保守序列分析5

2．3 系统发生分析 6

2．4 正选择位点的检验7

2．5 两段CXC结构域序列的协同进化分析10

讨论11

致谢11

参考文献12

基于生物信息学方法的荷花CPP-like基因家族的分子进化研究

转录因子(transcription factor, TF)也称反式作用因子, 是一类能够专一性结合于真核生物启动子特定DNA序列的蛋白质分子,或者是具有已知DNA结合结构域特征的并能在转录水平上调节基因表达的蛋白质分子[1-3]。其主要功能是激活或抑制基因的转录效应。调节这种转录水平,可以控制细胞或组织的很多生理过程,例如:细胞周期、代谢平衡以及参与植物对环境胁迫和病原菌入侵的反应等。通常,每种转录因子的DNA结合域(DNA bind domain)都是高度保守的,根据不同的结合域结构,可以将转录因子划分为不同的家族[4,5]。CPP-like基因家族就属于一类成员数目比较少的转录因子家族,该基因家族的典型特征是含有一到两个保守的富含半胱氨酸(cysteine)的结构域,即CXC结构域[6-8]。该基因家族的成员广泛存在于动植物中,但是尚未在酵母中发现。

大多数动物和开花植物能够有性繁殖。在这个过程中，必须生产单倍体生殖细胞。开花植物中，雄性生殖细胞被称为精子细胞，产生于植物的花粉囊中。雌性生殖细胞在子房中产生，并在受精后发育成种子。动物的雌雄生殖细胞分别产生于卵巢和睾丸。有性生殖中基因组合的广泛变异能增加子代适应自然选择的能力，加速了进化的进程。促进生殖器官的良好发育是植物和动物的共同挑战。植物与动物相比，通常更容易发生基因突变。因为植物更多地暴露于易引起突变的环境中。而且由于大部分植物经历过染色体加倍,基因组中往往有更多的重复基因。是研究重复基因进化的丰富资源。植物的 CPP-like转录因子基因家族对植物的形态构建起到非常重要的作用,并且可能对植物的进化过程也是关键,所以要重视对植物CPP-like基因家族的分子进化研究[9,10] 。