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摘 要：AAAP蛋白广泛存在于各种生物中，在生物生长与发育过程中扮演重要作用。本研究基于生物信息学方法对水稻和拟南芥AAAP进行系统剖析，旨在深入认识该家族基因的序列、表达及进化特征。结果显示：拟南芥包括49个AAAP基因，水稻包括71个AAAP基因，这些基因被分为3个类群，细分为13个亚类群；不同类群基因结构和保守基序均显示较高的多样性，亚类群水平基因结构和保守基序显示出较高的保守性，这说明该家族基因具有多样化的功能；进化树末端的同源基因对之间表达情况分化程度较高，但其进化速率具有较高的同质性，这说明同源基因对的分化主要体现在表达变化上。这些结果为研究其它植物AAAP家族基因的功能提供理论基础。30336
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毕业论文关键词：拟南芥；水稻；AAAP；序列；进化
Molecular Characterization and Comparative Analysis of the AAAP Genes in Arabidopsis and rice
Abstract: AAAP proteins are ubiquitously present in eukaryotes, and they play important roles in the growth and development of eukaryotes. Using bioinformatics methods, AAAP genes of rice and Arabidopsis were systematically analyzed with respect to sequence, expression and evolution. A total of 49 AAAP genes were identified from Arabidopsis, and a total of 71 AAAP genes were found in rice. These genes were pided into three groups, and they were further classified into 13 subgroups. The perse sequence was found among the same groups of AAAP proteins, but the highly conserved sequence was detected among the same subgroups, which suggesting that these family proteins have perse functions. The homologous gene pairs were identified from the phylogenetic tree. These homologous gene pairs display the same evolutionary rate, but display distinct expression pattern, suggesting that homologous genes were perged by expression pattern. These results provide an important basis for further investigation of function of AAAP genes in plants.
Key words: Arabidopsis, Rice, AAAP, Sequence, Evolution
生长素和氨基酸为生物体提供氮源、神经递质和激素等，它们在植物生长与发育过程中扮演重要作用[1-3]。AAAP酶可以负责生长素和氨基酸的跨膜运输[4-5]，因此，系统分析AAAP家族酶有利于我们对生长素和氨基酸跨膜运输分子机制认识加深。据已有研究证实，AAAP家族成员之间序列相似性较低，但所有AAAP家族蛋白具有保守的跨膜结构域[6]；此外，多样化AAAP序列特征与多样化的底物密切相关，保守跨膜结构可能是由AAAP的亚细胞定位决定的[7-8]。自从第一个哺乳动物AAAP蛋白(Vesicular GABA transporter, VGAT)[9]被鉴定以来，AAAP家族内的3大类亚群被发现，即VGAT、A/N和PAT亚类群[10]。接下来，AAAP家族基因研究逐渐被扩展到植物中，研究表明：AAAP蛋白在植物中由多基因家族编码，这些蛋白被分为AAP、LHT、AUX1和ProT四大类群[11-14]。此外，许多研究表明，这个家族在植物中参与并调控诸多生物学过程。
本研究旨在对拟南芥和水稻AAAP家族基因进行比较分析，从基因的拷贝数、基因结构、基序、选择压力以及系统发育关系方面着手，系统性剖析模式植物AAAP家族的序列与进化特征，以期对这个家族的生物学功能有个初步推测。这些结果有利于快速开展植物AAAP家族基因的功能研究。
1 数据与方法
1.1 数据来源
为研究AAAP家族基因的结构、序列、表达及进化特征，首要的工作就是坚定并获取AAAP家族基因的序列数据。以拟南芥和水稻作为代表性物种，对这两种模式植物AAAP家族基因进行鉴定与系统性分析。拟南芥和水稻AAAP基因的相关序列分别来源于TAIR数据库(https://www.arabidopsis.org/)和水稻RAP-DB数据库(http://rapdb.dna.affrc.go.jp/)。
1.2 拟南芥与水稻AAAP基因检索
为不遗漏拟南芥和水稻AAAP家族基因的任何一个成员，本文采用3种途径搜索AAAP基因：1）利用AAAP关键词在NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)数据库中寻找AAAP基因相关的核酸或蛋白序列，并以这些序列为检索序列在拟南芥和水稻基因组中检索相应的基因；2）以AAAP蛋白含有的典型结构域Aa_trans(PF01490)为标准，在拟南芥和水稻基因组中搜索所有含有该结构域的蛋白；3）利用已知的和上述2种方法得到的AAAP基因作为检索序列，进一步利用BLAST工具在基因组水平上鉴定拟南芥和水稻AAAP家族基因。最终将所得到的AAAP家族候选蛋白提交到Pfam工具，如果候选蛋白含有Aa_trans(PF01490)结构域，则被认为是AAAP家族成员，用于进一步分析。