甜瓜全基因组R2R3MYB转录因子基因的识别与分析

荫试验总结荫

甜瓜全基因组R2R3MYB转录因子基因的识别与分析张爽爽

陈

莹

张金鹏耿

伟

王利波

130033）

惠长敏*

（吉林省蔬菜花卉科学研究院

摘

要：R2R3MYB转录因子是MYB转录因子家族的一大亚类，广泛地参与植物生长发育及抵御逆境等生理过程。本文以甜瓜

基因组数据为研究对象，发掘甜瓜基因组中的R2R3MYB转录因子并对其进行生物信息学分析。研究结果表明：甜瓜全基因组中含有70个具有典型结构域的R2R3MYB转录因子，蛋白序列含有氨基酸个数为166~553个不等，蛋白序列中含有保守的基序（motifs）及氨基酸位点；通过与拟南芥基因组中R2R3MYB转录因子构建亲缘进化树，对甜瓜的70个R2R3MYB转录因子基因功能进行了初步的预测。

关键词：甜瓜；R2R3MYB转录因子；生物信息学分析

2、3]

参与植物生长发育及抵御生物或非生物胁迫等生理过程[1、。

MYB转录因子是广泛存在于植物基因组内的一类基因家族，MYB蛋白以含有一段保守的DNA结构域为共同特征，DNA

MELONOMICS数据库中进行Blastp搜索，获取甜瓜基因组中R2R3MYB转录因子的基因编号、蛋白序列及开放阅读框序列等信息，删除重复和不完全序列；利用SMART和EXPASY数据库对获取的R2R3MYB蛋白的结构域进行分析和鉴定，删除不具有典型结构域的序列，将这些数据作为原始数据进行保存。1.2

利用MAFFT在线软件进行多重序列比对，输入氨基酸序列R2R3MYB转录因子的生物信息学分析

结构域内含有1~4个串联的、不完全重复的MYB重复区域，根据第一亚类是R1/R2-MYB，该亚类的特征是含有一个R或含有两

含有的MYB重复区域数目的不同可将MYB蛋白分为4个亚类：个R但间隔较远的MYB-related；第二亚类是含有两个R的R2R3MYB；第三亚类是含有三个R的3R-MYB又叫pc-MYB；第四亚类是含有四个类似R1/R2结构域的4R-MYB，该亚类在植物

5]基因组中存在数目较少，只在个别植物中有报道[4、。

后设置默认参数；利用MEME在线软件对甜瓜中R2R3MYB蛋白的保守基序进行分析，参数设置如下：最大基序数50、基序最长氨基酸个数200、基序最短氨基酸个数6，其他参数为默认设置；使用MEGA6.0构建系统发育树，采用邻接法（NJ），bootstrapanalysis设置为1000次。2.1

目前研究较多的是R2R3MYB，这一亚类的MYB基因广泛地

6、7、8]参与植物体的苯丙烷类物质代谢调控[5、、细胞周期循环调控[9、10、11]

13]

以及对逆境胁迫做出应答等生理活动[12、。

中有137个、玉米基因组中有158个、大豆基因组中有244因组中有103个。

的R2R3MYB转录因子的研究还未见报道。

[15]

R2R3MYB在植物基因组中数量较多，据报道拟南芥基因组

[4]

[14]

2结果与分析

利用拟南芥基因组中137个R2R3MYB蛋白的结构域序列

R2R3MYB转录因子的鉴定

个[15]、蒺藜苜蓿基因组中91个[15]、葡萄基因组中122个[15]、水稻基

2012年甜瓜基因组数据已经公布[16]，但是对甜瓜全基因组中

在甜瓜数据库中进行搜索，共得到73个R2R3MYB转录因子基因，利用EXPASY和SMART在线软件分别对获取的R2R3MYB蛋白的结构域进行分析和鉴定，其中有3个基因不具有R2R3MYB蛋白典型结构域，删除这3条序列，最后得到了70个具有R2R3MYB蛋白典型结构域的基因，分别命名为MYB1-2.2

MYB70，蛋白序列中氨基酸的个数为166-553个不等（详见表1）。

为了解甜瓜R2R3MYB基因结构域的特征及其中重要的氨生物信息学分析

本研究以甜瓜基因组为研究对象，利用已知的R2R3MYB基因的结构域进行BLASTP检索，发掘甜瓜中的R2R3MYB基因，利用生物信息学软件对其蛋白结构域、保守基序等进行分析，并与拟南芥R2R3MYB转录因子构建亲缘进化树，以期对甜瓜中R2R3MYB基因的功能进行初步的预测。

1.1

1材料及方法

基酸位点，我们首先进行多序列比对，如图1所示，从序列比对结果可以发现甜瓜R2R3MYB保守区域含有108个氨基酸，只有个别的序列存在缺失和插入；第一个MYB重复区域含有3个保守的色氨酸残基（W），第二个MYB重复区域内某些保守的色氨酸残基（W）被亮氨酸（L）、异亮氨酸（I）、苯丙氨酸（F）等取代，这种现象在其他物种中也存在，可能与植物进化过程有关[15]。

我们进一步通过MEME软件对70个R2R3MYB基因的保守基序进行了分析，如图2所示，甜瓜R2R3MYB基因含有多个保守的基序，这些保守基序的存在与该基因发挥的功能相关。

利用拟南芥基因组中R2R3MYB蛋白的结构域序列在

R2R3MYB转录因子的搜集

作者简介张爽爽，女，硕士，从事西甜瓜分子育种研究。E-mail:zss199011@126.com通讯作者：惠长敏，女，研究员，从事西甜瓜育种与栽培研究。E-mail:huichm@126.com地址：（130033）长春净月开发区千朋路555号·48·欢迎刊发广告，欢迎种业界商家朋友赞助、协办。专家论坛为了对甜瓜中R2R3MYB基因的功能进行初步的预测，我们将甜瓜中R2R3MYB基因与拟南芥中的R2R3MYB基因共同构建系统进化树，如图3所示，根据文献报道的拟南芥R2R3MYB基

表1

吉林蔬菜展示新形象创新发展因亚家族的划分，本文中将甜瓜R2R3MYB基因划分为27个亚家族[4]，结果如表2所示，根据拟南芥亚家族中R2R3MYB基因的功能初步预测甜瓜中R2R3MYB基因可能发挥的作用。

甜瓜中R2R3MYB基因的蛋白序列号及结构域分析

只有合作，才会成功。吉林蔬菜杂志，圆您致富之梦！·49·蔬菜科技服务新农村致富百姓专家论坛图1

甜瓜中R2R3MYB结构域蛋白序列的比对结果

图2甜瓜中R2R3MYB基因的保守基序分析

·50·欢迎刊发广告，欢迎种业界商家朋友赞助、协办。专家论坛图3

甜瓜与拟南芥中R2R3MYB基因的亲缘进化树

吉林蔬菜展示新形象创新发展表2

亚组SG1SG2SG3SG4SG5SG6SG7SG8SG9SG11SG12SG13SG14SG15SG16SG18SG19SG20SG21SG22SG26SG27亚组内所含基因甜瓜中的R2R3MYB基因亚组的划分

亚组内拟南芥中基因功能生物/非生物胁迫，HR反应，油菜素类脂合成非生物胁迫，ABA介导的干旱冷害胁迫等过程苯丙烷类物质代谢苯丙烷类物质代谢原花色素、花色素的生物合成花色素的生物合成黄酮醇、原花色素、花色素的生物合成木质素积累、细胞壁加厚，香味物质合成细胞命运、圆锥表皮细胞生长发育非生物胁迫，ABA介导的过程芥子油苷生物合成苯丙烷类物质代谢、木质素生物合成下胚轴延长，发育过程细胞命运下胚轴伸长，光敏色素信号途径雄蕊发育，非生物胁迫过程雄蕊发育细胞壁增厚非生物胁迫的应答细胞命运、气孔细胞的分化雄蕊发育AtMYB30,AtMYB31,AtMYB60,AtMYB96,MYB50,MYB58,MYB52,MYB63AtMYB13,AtMYB14,AtMYB15,MYB5AtMYB58,AtMYB63AtMYB3,AtMYB4,AtMYB7,AtMYB32,MYB37,MYB38AtMYB123AtMYB75,AtMYB90,AtMYB113,AtMYB114AtMYB11，AtMYB12，AtMYB111，MYB41，AtMYB55AtMYB42,AtMYB85,MYB54,MYB56AtMYB16，AtMYB106，MYB3，MYB53AtMYB41，AtMYB74，AtMYB102，MYB20，MYB42AtMYB28,AtMYB29,AtMYB34,AtMYB51，AtMYB76,AtMYB122AtMYB50,AtMYB55，AtMYB61，AtMYB86，MYB8，MYB43，MYB21AtMYB36，AtMYB37，AtMYB38，AtMYB68，AtMYB84，AtMYB87，MYB60，MYB61，MYB62，MYB65，MYB67AtMYB000,AtMYB23，AtMYB66AtMYB18,AtMYB19，AtMYB45AtMYB33，AtMYB65，AtMYB81，AtMYB97，AtMYB112，AtMYB101，AtMYB104，AtMYB120，MYB2，MYB4AtMYB21,AtMYB24，MYB25AtMYB52，AtMYB54，AtMYB56，AtMYB69，AtMYB105，AtMYB107，AtMYB110，MYB15，MYB17，MYB18，MYB22AtMYB44，AtMYB70，AtMYB73，MYB11，MYB12，MYB13，MYB14AtMYB88，AtMYB124，MYB68AtMYB125，MYB69AtMYB2，AtMYB62，AtMYB78，AtMYB108，AtMYB112，AtMYB116，MYB23，MYB24，MYB26，MYB27，MYB28，MYB29非生物胁迫只有合作，才会成功。吉林蔬菜杂志，圆您致富之梦！·51·蔬菜科技服务新农村致富百姓3讨论

因组R2R3MYB中发掘70基个因R2R3MYB在植物基基因因，组中占数甜量瓜较总转多，录本因研究子数在的甜瓜5%基

，这也说明R2R3MYB基因在甜瓜生长发育过程中发挥着重要的作用。MYB转录因子的每个MYB的重复区域中含有3个高度保守的色氨酸残基（W），MYB蛋白发挥功能时氨基酸会折叠成螺旋-转角-螺旋（HTH）的形式参与DNA大沟的结合，保守的色氨酸残基起着疏水的作用，对维持HTH的构型有着特别重要的意义[4]。本研究中发现甜瓜R2R3MYB基因的第一个MYB重复区域含有3个保守的色氨酸残基（W），但是第二个MYB重复区域内的保守的色氨酸残基（W）被亮氨酸（L）、异亮氨酸（I）、苯丙氨酸F）等取代，通过查找文献发现这种现象在其他物种中也存在，这可能与植物进化过程有关[15]。

为了发掘甜瓜基因组中存在的进化过程中功能保守的R2R3MYBR2R3MYB基预测其功能基。因因，例共如在同我们构SG8建将亲甜中缘瓜，关中AtMYB42系R2R3MYB进化树和，并基AtMYB85通因过与划拟被分南亚芥证组中明初的在步拟

南芥中参与木质素生物合成代谢调控

[17]

，甜瓜中MYB54和

MYB56过程中功在能亲保缘守进，化甜树瓜中中表MYB54现出进和化关MYB56系较近也，若这可能类参基与因木在进质素生化

物合成代谢调控。我们的研究初步预测了甜瓜中可能参与苯丙烷类物质代谢、生物及非生物胁迫反应的R2R3MYB基因，为后续基因功能的研究奠定基础。

参考文献

1］KlempnauerKH，GondaTJ,BishopJM.Nucleotidesequenceoftheretroviralleukemiagenev-mybanditscellularprogenitorc-myb:thearchitectureofatransducedoncogene[J].Cell，1982，31（2）:453-463.2］Paz-AresJ，GhosalD，WienandU，etal.Theregulatoryc1locusofZeamaysencodesaproteinwithhomologytomybproto-oncogeneproductsandwithstructuralsimilaritiestotranscriptionalactivators[J].TheEMBOJournal，1987，6（12）:3553.

3］FellerA，MachemerK，BraunEL，etal.EvolutionaryandcomparativeanalysisofMYBandbHLHplanttranscriptionfactors[J].ThePlantJournal，2011，66（1）:94-116.

4］DubosC，StrackeR，GrotewoldE，etal.MYBtranscriptionfactorsinArabidopsis[J].Trendsinplantscience，2010，15（10）:573-581.5］ItoM.

Conservation

and

diversification

of

three-repeat

Myb

transcriptionfactorsinplants[J].Journalofplantresearch，2005，118（1）:

61-69.

6］ZhongR，RichardsonEA，YeZH.TheMYB46transcriptionfactorisadirecttargetofSND1andregulatessecondarywallbiosynthesisinArabidopsis[J].ThePlantCellOnline，2007，19（9）:2776-2792.7］McCarthyRL，ZhongR，YeZH.MYB83isadirecttargetofSND1andactsredundantlywithMYB46intheregulationofsecondarycellwallbiosynthesisinArabidopsis[J].PlantandCellPhysiology，2009，5011）:1950-1964.

8］ZhongR，YeZH.MYB46andMYB83bindtotheSMREsitesanddirectlyactivateasuiteoftranscriptionfactorsandsecondarywallbiosyntheticgenes[J].PlantandCellPhysiology，2012，53（2）:368-380.

52·欢迎刊发广告，欢迎种业界商家朋友赞助、协办。专家论坛［9］Perez-RodriguezM,JaffeFW,ButelliE,etal.DevelopmentofthreedifferentcelltypesisassociatedwiththeactivityofaspecificMYBtranscriptionfactorintheventralpetalofAntirrhinummajusflowers[J].Development，2005，132（2）:359-370.

［10］JafféFW，TattersallA，GloverBJ.AtruncatedMYBtranscriptionfactorfromAntirrhinummajusregulatesepidermalcelloutgrowth[J].Journalofexperimentalbotany，2007，58（6）:1515-1524.

［11］BaumannK，Perez-RodriguezM，BradleyD，etal.Controlofcelland

petal

morphogenesis

by

R2R3

MYB

transcription

factors

[J].

Development，2007，134（9）:1691-1701.

［12］SeoPJ，XiangF，QiaoM，etal.TheMYB96transcriptionfactormediatesabscisicacid

signalingduringdroughtstressresponsein

Arabidopsis[J].PlantPhysiology，2009，151（1）:275-289.

［13］ShanH，ChenS，JiangJ，etal.Heterologousexpressionofthechrysanthemum

R2R3-MYB

transcription

factor

CmMYB2

enhances

droughtandsalinitytolerance，increaseshypersensitivitytoABAanddelaysfloweringinArabidopsisthaliana[J].Molecularbiotechnology，2012，51（2）:160-173.［14］

HaiD，Bo-RunF，Si-SiY，etal.TheR2R3-MYBTranscription

FactorGeneFamilyinMaize[J].PLoSONE，2012，7（6）:e37463-.［15］杜海.植物MYB转录因子家族的分子进化机制及调控类黄酮生物合成MYB基因的鉴定[D].四川农业大学，2013.

［16］Garcia-MasJ,BenjakA，SanseverinoW,etal.Thegenomeofmelon（CucumismeloL.）[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences，2012，109（29）:11872-11877.

［17］Zhong，R.etal.（2008）AbatteryoftranscriptionfactorsinvolvedintheregulationofsecondarycellwallbiosynthesisinArabidopsis.PlantCell

20，2763-2782.

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