Genominlaajuinen systemaattinen karakterisointi bZIP-transkriptiotekijöiden systemaattisesta karakterisoinnista ja niiden ilmentymisprofiileista siementen kehityksen aikana ja vasteena suolastressiin maapähkinässä
Genominlaajuinen systemaattinen karakterisointi bZIP-transkriptiotekijöiden systemaattisesta karakterisoinnista ja niiden ilmentymisprofiileista siementen kehityksen aikana ja vasteena suolastressiin maapähkinässä
kesä 13, 2021
admin
BZIP-geenien tunnistaminen, fylogeneettinen analyysi ja ryhmäluokitus lajikkeessa A. duranensis ja A. ipaensis
Homologiahakujen ja domainien todentamisen perusteella A. duranensis- ja A. ipaensis -genomeista tunnistettiin yhteensä 50 ja 45 ainutlaatuista bZIP-geeniä. Yksityiskohtaiset tiedot näistä geeneistä, mukaan lukien geenin tunniste, genominen sijainti, domeenikoostumus ja ryhmäluokitus, on esitetty lisätiedostossa 1. Olemassa olevan nimikkeistöjärjestelmän mukaisesti annoimme jokaiselle näistä uusista bZIP-geeneistä yksilölliset nimet: AdbZIP1-50 ja AibZIP1-45. Kun bZIP-domeenit oli tarkistettu, 93 geenillä oli tyypillinen bZIP-domeeni, johon kuului muuttumaton N- × 7-R/K-motiivi perusalueella ja Leu-heptad-toisto, joka on sijoitettu täsmälleen yhdeksän aminohappoa R/K:sta ylävirtaan kohti C-päätettä (lisätiedosto 2). Kahdessa muussa bZIP-geenissä, AdbZIP28:ssa ja AibZIP22:ssa, oli epätavallinen substituutio perusalueella: konservoitunut Arg/Lys (R/K) oli korvattu IIe:llä (I). Tämä korvautuminen on raportoitu myös muilla lajeilla .
BZIP-geeniperheen systemaattinen tutkimus suoritettiin ensimmäisen kerran Arabidopsiksessa . Tässä analyysissä bZIP-geenien eri ryhmät erotettiin toisistaan ja nimettiin niiden fylogeneettisten suhteiden ja toiminnallisten eroavaisuuksien perusteella. Tämä luokittelujärjestelmä on sittemmin otettu käyttöön muille lajeille niiden omasta ja Arabidopsiksen genomista saatujen bZIP-geenien ryhmittelyn perusteella . Tässä Arachiksen ja Arabidopsiksen genomeista peräisin olevien bZIP-proteiinien maksimaalisen todennäköisyyden (ML) analyysin perusteella tunnistimme 11 erillistä bZIP-geeniklusteria (ryhmät A-I, S ja U), joilla kaikilla oli korkea bootstrap-tuki (kuva 1). Arachiksen bZIP-geenien alaryhmäluokitus vahvistettiin edelleen fylogeneettisellä puun rekonstruktiolla sen jälkeen, kun siihen oli lisätty soijapavun bZIP-geenit (lisätiedosto 3). Useimpiin bZIP-klaadeihin kuuluvat läheisesti sukua olevat Arachis bZIP:t ja niiden Arabidopsis-ortologit; klaadeissa E ja F ei ole vastaavia jäseniä A. duranensiksessa tai A. ipaensiksessa. Huomionarvoista on, että samaan kladiin kuuluvilla bZIP-geeneillä oli samankaltaisia ryhmäkohtaisia sekvenssiominaisuuksia, mukaan lukien eksoni/intronirakenne, intronivaiheet, MEME-motiivit ja sitoutumiskohdan rakenteen ennuste (analysoidaan tarkemmin jäljempänä). Tämä lajien välisen ryhmäklusteroinnin malli viittaa siihen, että ryhmäkohtaiset piirteet ovat syntyneet ennen Arachisin ja Arabidopsiksen erilaistumista. Eri kasvilajien bZIP-geeneihin on kuitenkin myös kertynyt useita eroja evoluution aikana.
Arachiksen bZIP-geenien geenirakenne
Koska intronien ja eksonien järjestäytyminen saattaa viitata bZIP-geenien evolutiiviseen kehityskulkuun , tarkastelimme Arachiksen bZIP-geenien rakennetta, mukaan lukien intronien lukumäärää, pituutta ja splikointivaihetta (Additional file 4). Havaitsimme, että geenien kokonaisrakenteet olivat identtisiä tai samankaltaisia saman fylogeneettisen ryhmän Arachis bZIP-geeneissä. Kun tarkastellaan maapähkinän bZIP-geenien intronien lukumäärää, 24 prosenttia AdbZIP-geeneistä ja 22 prosenttia AibZIP-geeneistä oli intronittomia, ja niitä esiintyi yksinomaan ryhmissä S ja B. Introneja sisältävissä geeneissä intronien lukumäärä vaihteli AdbZIP- ja AibZIP-geeneissä yhdestä 13:een. Ryhmässä G olevissa bZIP-geeneissä oli eniten introneja, mikä on yhdenmukaista muiden palkokasvien genomeissa tehtyjen havaintojen kanssa.
Splikointivaiheet nimettiin kolmeksi splikointivaiheeksi: vaihe 0 (P0), splikointi tapahtui kodonin kolmannen nukleotidin jälkeen; vaihe 1 (P1), splikointi tapahtui kodonin ensimmäisen nukleotidin jälkeen; ja vaihe 2 (P2), splikointi tapahtui toisen nukleotidin jälkeen. Avoimien lukukehysten (ORF) sisällä olevien pilkkoutumiskohtien vaiheet olivat erilaisia, mutta ne olivat hyvin konservoituneita bZIP-domeenin perus- ja sarana-alueilla, koska kaikki muutokset näillä alueilla vaikuttaisivat niiden koodiin ja toimintaan. Intronin sijainnin ja bZIP-domeenissa olevien splikointivaiheiden esiintymisen tai lukumäärän perusteella Arachisin bZIP-geeneissä tunnistettiin neljä intronimallia (a-d) (kuva 2 ja lisätiedosto 2). Kuviossa a oli vain yksi introni, joka oli insertoitunut sarana-alueen -5-asemaan, Gln- ja Ala-aminohappojen väliin; tämä kuvio tunnistettiin kaikissa Arachiksen bZIP-geeneissä ryhmissä A ja G. Kuviossa b oli kaksi introni-insertiota vaiheessa 0, toinen perusalueella ja toinen sarana-alueella; tämä kuvio tunnistettiin kaikissa bZIP-geeneissä ryhmässä D. Tämä kuvio tunnistettiin kaikissa bZIP-geeneissä ryhmässä D. Kuviossa c oli yksi introni -20-asemassa perusalueella vaiheessa 2 (P2), ja se sisältää kaikki ryhmien C ja H bZIP-geenit. Kuviossa d ei ollut introneja perusalueella eikä sarana-alueella, ja se sisältää kaikki ryhmien B ja S bZIP-geenit. Lisäksi useimmat Arachiksen bZIP-geenit, joissa on kuvio d, olivat intronittomia lukuun ottamatta AdbZIP45:tä ja AibZIP40:tä. Kummassakin näistä geeneistä oli yksi introni perus- ja sarana-alueiden ulkopuolella. Tässä havaitut Arachiksen bZIP-domeenin spleikkausvaiheen mallit olivat yhdenmukaisia muissa lajeissa havaittujen mallien kanssa. Geenin rakenteen ja intronien vaiheiden suuri säilyvyys fylogeneettisten klastien sisällä tuki hyväksyttyä ryhmäluokitusta ja viittasi siihen, että näillä erilaisilla eksonien splikointikuvioilla voi olla tärkeä rooli toiminnallisessa evoluutiossa.