玉米FWL基因家族的生物信息学分析

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摘要：FW2.2（fruit-weight 2.2）是影响番茄果实大小的一个重要数量性状基因。在水稻等植物中的研究表明，FWL（fruit-weight like）基因在植物细胞数和器官大小的调控中发挥了重要作用。为研究玉米中的FWL基因及其功能，本研究采用生物信息学方法鉴定出玉米基因组中17个FWL基因，分布在9条染色体上。系统发育分析表明，玉米FWL蛋白可分为2个亚族，说明其序列和功能已经发生了分化；在系统发育树的末端发现了4对旁系同源基因，说明该家族以物种特异的方式进行了扩张。基于RNAseq数据的表达分析表明，多数玉米FWL基因在子房、种子等组织器官中表达，说明该家族基因可能在种子发育和大小形成中发挥重要功能。66473

毕业论文关键词：玉米，FWL基因，系统发育分析，表达分析

Abstract： FW 2.2 (fruit-weight 2.2) gene is an important quantitative trait locus (QTL) affecting fruit weight in tomato. Studies in plants such as rice revealed that FWL (fruit-weight like) genes play essential roles in regulating plant cell numbers and organ size. In order to investigate maize FWL genes and their function, 17 FWL genes were identified from the maize genome using bioinformatics approaches, which were distributed on nine chromosomes. Phylogenetic analysis showed that FWL proteins could be pided into two subfamilies, indicating that their sequences and function have perged. Four pairs of paralogs were found at the terminal of the phylogenetic tree, suggesting that species-specific expansion has occurred among this family. Gene expression analysis using RNAseq data revealed that most maize FWL genes were expressed in tissues and/or organs such as ovary and seeds, suggesting that these genes may play important roles in seed development and size formation.

Keywords：Zea mays, FWL gene, phylogenetic analysis, expression analysis

1 前言 4

2 材料与方法 4

2.1 序列检索、染色体分布和基因复制分析 4

2.2 蛋白质等电点及亚细胞定位分析 4

2.3 多系列对比和系统发育分析 4

2.4 表达分析 4

3 结果与分析 5

3.1 玉米中的FWL基因 5

3.2 染色体分布和复制事件 5

3.3 玉米FWL蛋白系统发育分析 6

3.4 FWL基因表达模式分析 7

结论 9

参考文献 10

致谢 11

1 前言

数量性状基因座（quantitative trait loci ,QTLs）即控制数量性状相关基因[1]。作物中主要农艺性状如产量、品质、花果大小等均属于数量性状。FW2.2（fruit-weight 2.2）基因位于番茄2号染色体上靠近d基因的端部区域。FW2.2基因在番茄果实细胞分裂过程中负调节心皮细胞分裂，使细胞的数量减少，但不影响细胞的大小。在番茄野生小果品种中的等位基因能使果实变小，而栽培品种中的等位基因使果实增大。该基因影响整个番茄果重变异的30％，是番茄果重驯化过程中的一个关键性座位。在植物中，FW2.2直接与酪蛋白激酶Ⅱ（CKII）β亚基互作，参与细胞信号转导，说明FW2.2可能以CKII为中介参与细胞周期调控[2]。研究表明，FW2.2在植物、动物和真菌中存在多个同源基因。FW2.2-like（FWL）蛋白有一个高度保守的核心基序：一个或两个跨膜基序位于两个半胱氨酸/富脯氨酸域之间。众多研究表明，FWL基因在植物发育过程中发挥了重要的作用。拟南芥FWL基因AtPCR1与镉抗性有关，MCA1和MCA2与Ca2+吸收有关[3]。大豆FW2.2同源基因GmFWL1影响根瘤器官的发生[4]。玉米CNR1通过改变细胞数控制植物和器官大小，CNR2与植物生长和杂种活力呈负相关[5]。水稻基因组含有8个FWL基因。亚细胞定位分析表明，多数OsFWL蛋白定位在细胞膜上。Osfwl基因突变体细胞数、粒长、粒重和株高增加[6]。随着植物中越来越多的FWL基因被鉴定，越来越多的证据表明FWL基因参与植物细胞数和器官大小的调控。