MADS-box基因家族基因重复及其功能的多样性

基因的重复(duplication)及其功能的多样性(diversification)为生物体新的形态进化提供了原材料。MADS-box基因在植物(特别是被子植物)的进化过程中发生了大规模的基因重复事件而形成一个多基因家族。MADS-box基因家族的不同成员在植物生长发育过程中起着非常重要的作用,在调控开花时间、决定花分生组织和花器官特征以及调控根、叶、胚珠及果实的发育中起着广泛的作用。探讨MADS-box基因家族的进化历史有助于深入了解基因重复及随后其功能分化的过程和机制。本文综述了MADS-box基因家族基因重复及其功能分化式样的研究进展。     

植物MADS-box 基因FRUITFULL(FUL)研究进展

植物MADS-box基因家族的不同成员在植物生长发育过程中起着非常重要的作用。拟南芥MADS-box 基因FRUITFULL(FUL) 在控制拟南芥开花时间、花分生组织分化、茎生叶形态以及心皮和果实的发育中起到重要作用。其他植物中,FUL的同源基因也在调控花发育,果实发育以及叶片发育等方面各自起到重要作用。本文综述了FUL基因及其同源基因的表达模式和功能,并就其在农作物及果树育种上的潜在应用价值进行了讨论。     

甘蓝型油菜MADS-box基因家族的鉴定与系统进化分析

MADS-box基因家族参与调控开花时间、花器官分化、根系生长、分生组织分化、子房和配子发育、果实膨大及衰老等植物生长发育的重要过程。基于甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组测序数据,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜MADS-box基因家族进行鉴定和注释及基因结构与系统进化分析。结果显示,在甘蓝型油菜中鉴定出307个MADS-box基因家族成员,根据进化关系可将其分为两大类型,I型(M-type)包含α、β、γ三个亚家族,II型(MIKC-type)包括MIKCC和MIKC*两个亚家族,MIKCC可进一步分为13个小类;甘蓝型油菜A基因组染色体上分布的MADS-box基因多于C基因组。在基因结构上,MIKC-type亚家族基因序列普遍比M-type长且含有较多的外显子;M-type亚家族蛋白序列中的motif数量为2–5个,MIKC-type亚家族蛋白序列中平均含有7个motif。拟南芥(Arabidopsis thaliana)与甘蓝型油菜MADS-box基因共线性分析结果显示,全基因组复制事件对MADS-box基因家族尤其是MIKC亚家族的扩张起重要作用;MIKC亚家族基因在进化过程中受到的选择压力约为M-type的2倍,这表明MIKC-type亚家族在进化过程中被选择性保留。     

花同源异型MADS-box 基因在被子植物中的功能保守性和多样性

MADS-box基因家族成员作为转录调控因子在被子植物花发育调控中发挥关键作用。本文以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) 和水稻 (Oryza sativa)为例, 综述了近10年来对被子植物(又称有花植物)两大主要类群——核心真 双子叶植物和单子叶植物花同源异型MADS-box基因的研究成果, 分析MADS-box基因在被子植物中的功能保守性和多样性,同时探讨双子叶植物花发育的ABCDE模型在多大程度上适用于单子叶植物。     

植物MADS-box基因的研究进展

MADS-box基因是一类重要的转录调控因子,在动物、植物、真菌中都有分布。在植物中从根、茎、叶到花的发育,果实的成熟MADS-box基因都起作用,尤其是在开花植物中花的发育,开花时间的控制等方面起着重要的作用。综述了MADS-box基因的分类、进化、结构、以及MADS-box基因在植物花器官发育,开花时间的控制,果实的成熟等方面的作用。     

澳洲坚果MtMADS1-like基因的克隆与表达分析

MADS～box家族基因广泛分布于植物中,在植物花发育的整个阶段起着至关重要的作用.为了探索MADS-box基因在澳洲坚果花发育过程中的分子机理,本研究以澳洲坚果'695'为试材,采用RT-PCR及RACE技术克隆获得澳洲坚果MADS-box类转录因子基因cDNA全长,命名MtMADS1-like(GenBank登录号:MK491608).该基因全长967 bp,开放阅读框ORF长672 bp,编码223个氨基酸,5'-UTR和3'-UTR分别为58 bp和237 bp.序列分析表明,MtMADS1-like具有保守的MADS-box结构域(MADS-MEF2-like)和半保守的K-box结构域,属于Type Ⅱ型MADS-box家族基因.进化分析表明,MtMADS1-like与其他植物中MADS-box蛋白具有较高的同源性,且与猴面花(Erythranthe guttata)MADS-box家族中SVP254的同源性高达67.10％,亲缘关系最近.生物信息学分析表明MtMADS1-like属于不稳定的亲水性蛋白,不具备信号肽,属于非分泌蛋白,α-螺旋和无规则卷曲构成了二级结构的主要蛋白框架,三级结构中MADS-box结构域和K-box形成该蛋白的核心结构,并且作为转录因子定位于细胞核.qPCR分析表明,MtMADS1-like基因在不同的澳洲坚果品种中差异表达,在品种'333'中表达量最高,在品种'344'中表达量最低.研究结果为进一步验证MtMADS1-like的功能及阐明澳洲坚果花发育和开花调控的分子机制奠定了基础.     

澳洲坚果MtMADS1-like基因的克隆与表达分析

MADS～box家族基因广泛分布于植物中,在植物花发育的整个阶段起着至关重要的作用.为了探索MADS-box基因在澳洲坚果花发育过程中的分子机理,本研究以澳洲坚果'695'为试材,采用RT-PCR及RACE技术克隆获得澳洲坚果MADS-box类转录因子基因cDNA全长,命名MtMADS1-like(GenBank登录号:MK491608).该基因全长967 bp,开放阅读框ORF长672 bp,编码223个氨基酸,5'-UTR和3'-UTR分别为58 bp和237 bp.序列分析表明,MtMADS1-like具有保守的MADS-box结构域(MADS-MEF2-like)和半保守的K-box结构域,属于Type Ⅱ型MADS-box家族基因.进化分析表明,MtMADS1-like与其他植物中MADS-box蛋白具有较高的同源性,且与猴面花(Erythranthe guttata)MADS-box家族中SVP254的同源性高达67.10％,亲缘关系最近.生物信息学分析表明MtMADS1-like属于不稳定的亲水性蛋白,不具备信号肽,属于非分泌蛋白,α-螺旋和无规则卷曲构成了二级结构的主要蛋白框架,三级结构中MADS-box结构域和K-box形成该蛋白的核心结构,并且作为转录因子定位于细胞核.qPCR分析表明,MtMADS1-like基因在不同的澳洲坚果品种中差异表达,在品种'333'中表达量最高,在品种'344'中表达量最低.研究结果为进一步验证MtMADS1-like的功能及阐明澳洲坚果花发育和开花调控的分子机制奠定了基础.     

AGAMOUS like 6亚家族基因研究进展

开花是植物由营养生长向生殖生长转变的重要过程,许多开花相关基因参与这一过程,AGAMOUS like 6(AGL6)亚家族是其中的重要一类,AGL6亚家族基因编码MIKC-type MADS box转录因子,含有MADS-box保守结构域,通过多条途径参与花时的调节及花器官发育。该文对AGL6及其同源基因的结构、功能、进化以及与其它相关基因之间的调控关系进行综述,并对该基因研究中存在的一些问题及今后的研究方向进行了讨论。     

花同源异型MADS-box基因在被子植物中的功能保守性和多样性

MADS-box基因家族成员作为转录调控因子在被子植物花发育调控中发挥关键作用。本文以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和水稻（Oryza sativa）为例,综述了近10年来对被子植物（又称有花植物）两大主要类群——核心真双子叶植物和单子叶植物花同源异型MADS-box基因的研究成果,分析MADS-box基因在被子植物中的功能保守性和多样性,同时探讨双子叶植物花发育的ABCDE模型在多大程度上适用于单子叶植物。     

银杏MADS-box基因家族的表达及系统发育分析

MADS-box基因是真核生物中一类编码转录调控因子的基因家族,在植物花器官发育中发挥重要的调控作用。为了探究MADS-box家族基因在银杏花发育中的功能,本文对银杏花芽分化4个时期的样品进行转录组测序,筛选其中的MADS-box家族基因,利用生物信息学方法对筛选到的基因进行表达模式、蛋白结构、细胞定位和系统进化分析。结果显示:共得到15个银杏MADS-box家族基因。表达分析表明,目标基因根据表达模式可以分为3种类型。分析目标基因的编码序列显示,15个银杏MADS-box蛋白的主要构件均为α-螺旋和无规则卷曲;亚细胞定位预测主要在细胞核内;所有表达产物均包含MADS结构域。聚类分析显示,银杏MADSbox基因家族可分为6个亚类。银杏MADS-box基因家族中的new Gb2734、Gb38883、Gb28587和Gb33168可能在银杏开花调控中发挥重要作用;Gb16301可能是银杏花器官的发育过程中的关键基因。     

The MADS and the Beauty: Genes Involved in the Development of Orchid Flowers

Since the time of Darwin, biologists have studied the origin and evolution of the Orchidaceae, one of the largest families of flowering plants. In the last two decades, the extreme diversity and specialization of floral morphology and the uncoupled rate of morphological and molecular evolution that have been observed in some orchid species have spurred interest in the study of the genes involved in flower development in this plant family. As part of the complex network of regulatory genes driving the formation of flower organs, the MADS-box represents the most studied gene family, both from functional and evolutionary perspectives. Despite the absence of a published genome for orchids, comparative genetic analyses are clarifying the functional role and the evolutionary pattern of the MADS-box genes in orchids. Various evolutionary forces act on the MADS-box genes in orchids, such as diffuse purifying selection and the relaxation of selective constraints, which sometimes reveals a heterogeneous selective pattern of the coding and non-coding regions. The emerging theory regarding the evolution of floral diversity in orchids proposes that the diversification of the orchid perianth was a consequence of duplication events and changes in the regulatory regions of the MADS-box genes, followed by sub- and neo-functionalization. This specific developmental-genetic code is termed the "orchid code."     

Promoter analysis of MADS-box genes in eudicots through phylogenetic footprinting

The MIKC MADS-box gene family has been shaped by extensive gene duplications giving rise to subfamilies of genes with distinct functions and expression patterns. However, within these subfamilies the functional assignment is not that clear-cut, and considerable functional redundancy exists. One way to investigate the diversity in regulation present in these subfamilies is promoter sequence analysis. With the advent of genome sequencing projects, we are now able to exert a comparative analysis of Arabidopsis and poplar promoters of MADS-box genes belonging to the same subfamily. Based on the principle of phylogenetic footprinting, sequences conserved between the promoters of homologous genes are thought to be functional. Here, we have investigated the evolution of MADS-box genes at the promoter level and show that many genes have diverged in their regulatory sequences after duplication and/or speciation. Furthermore, using phylogenetic footprinting, a distinction can be made between redundancy, neo/nonfunctionalization, and subfunctionalization.