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.     

植物MADS-box基因研究进展

植物中的MADS-box基因是一个序列特异的调节基因家族,其编码的MADS-box蛋白转录因子以二聚体化的形式通过保守的MADS结构域与特定的DNA序列结合来调控基因的表达,从而调节植物的生长发育.对植物MADS-box基因的分布、分类、结构、功能和前景作了简要的综述。     

谷子 MADS-box基因家族的鉴定和表达分析

MADS-box基因是真核生物中一类重要的转录因子,参与调控多项植物的生长发育过程。然而关于谷子穗发育的MADS-box基因研究比较少。本研究使用序列相似性检索,在Phytozome 13.0数据库中筛选并且鉴定出了68个谷子MADS家族成员,并对这些家族成员的物理化学性质、系统发育树、染色体定位、表达谱等进行了全面的分析。结果表明,谷子MADS家族成员在染色体上分布不均匀,可以分为5个亚族。通过组织特异性表达谱分析得到,多数MADS基因在穗中表达量要高于其他器官。此外利用转录组测序技术对发育初期的谷穗和成熟期的谷穗进行了转录组测序分析,筛选到数个与谷穗分生组织发育相关MADS-box基因。为进一步揭示MADS-box基因在谷子穗发育过程中的作用奠定了重要的基础。     

拟南芥和琴叶拟南芥中MADS-box基因的比较进化分析

MADS-box基因编码一类转录因子。在被子植物中,MADS-box基因对于营养生长和生殖发育都有重要的调控作用,是植物体(特别是花序、花和果实)的正常发育所不可或缺的。为了理解近缘物种在遗传基础上的异同,我们对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和琴叶拟南芥(A.lyrata)基因组中MADS-box基因的拷贝数目和进化式样进行了比较分析。通过搜索公共数据库,我们在拟南芥和琴叶拟南芥中分别鉴定出了106和115个基因。系统发育分析的结果表明,这些基因属于I型和II型MADS-box基因。在两个物种分化之后,II型基因的拷贝数目变化不大,I型基因则经历了多次独立的基因丢失和获得事件。通过比较这些基因在染色体上的排列,我们不但鉴定出了存在微共线性的基因组区段,而且发现新基因产生的主要机制是串联重复和散在重复。分子进化的研究进一步表明,I型和II型基因在进化式样上存在着显著差异:II型基因在进化中一般都受到了较强的选择压力,而I型基因大多受到的选择压力较弱。本研究将为深入理解近缘物种在基因和基因组层面上的异同、探讨物种分化和生物多样性形成的机制等问题提供新思路。     

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。     

板栗MADS-box蛋白基因(CmMADS3)的克隆和表达分析

根据MADS-box基因保守区结构,设计简并引物,从板栗（Castanea mollissima）中分离出花特异表达基因的cDNA片段。并通过5’RACE方法获得了全长cDNA,命名为CmMADS3。该片段全长1016bp,包含一个729bp的开放阅读框,推导的氨基酸序列（243个氨基酸）与拟南芥的SEPl、SEP2和SEP33类MADS-box蛋白有很高的序列相似性。系统进化分析同样将CmMADS3基因归入MADS-box基因家族的AGL2组。RT-PCR分析显示,该基因在板栗的花和幼果中表达丰度高,在茎中有微弱的表达,在叶中不表达,研究结果表明CmMADS3基因是板栗花器官发育中具有E功能的功能基因。     

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。     

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。     

One MADS-box gene does not a flower make

Tandre, K., Svenson, M., Svensson, M.E. and Engström, P. (1998) Conservation of gene structure and activity in the regulation of reproductive organ development of conifers and angiosperms, Plant J. 15, 615–623Rutledge, R., Regan, S., Nicolas, O., Fobert, P., Côté, C., Bosnich, W., Kauffeldt, C., Sunohara, G., Séguin, A. and Stewart, D. (1998) Characterization of an AGAMOUS homologue from the conifer black spruce (Picea mariana) that produces floral homeotic conversions when expressed in Arabidopsis, Plant J. 15, 625–634