大豆根瘤中增强表达的WIP小多肽基因家族的分子鉴定
摘要
小肽分子是植物细胞分化、器官形成和生物防御的重要信号分子. 通过分析大豆全基因组DNA序列, 发现大量的基因编码小肽前体即小多肽分子. 到目前为止, 对这些小多肽分子的特征以及功能知之甚少. 本文系统地分析了公共数据库中的大豆转录组数据, 鉴定了212个在根瘤中增强表达的小多肽基因. 其中79个基因属于38个多基因家族, 而另外133个基因不属于任何基因家族. 在38个基因家族中, 有10个基因家族只出现在豆科植物中, 另外28个也出现在模式植物拟南芥中. 在大豆中, 最大的一个基因家族是伤流诱导的小多肽(wound-induced small protein, WIP)基因家族, 由38个成员组成, 其中一半左右的基因在大豆固氮根瘤中增强表达. 我们进一步分析了蒺藜苜蓿、百脉根、拟南芥和水稻中的WIP同源基因, 发现部分基因也在根瘤中增强表达或者受病原菌诱导表达. 二级结构分析显示, WIP小多肽前体均含有一个DUF3774结构域, 其中包含2个跨膜疏水区域, 多数分子具有N-端信号肽序列. 我们选取了2个大豆<italic>WIP</italic>基因进行亚细胞定位分析, 发现WIP小多肽定位于细胞膜上. 有趣的是, 34个大豆<italic>WIP</italic>基因成簇分布在3条染色体上, 与目前发现的其他小多肽基因家族的分散分布(如<italic>CLE</italic>)完全不同. 在6, 12和13号染色体上分别分布有11, 12和11个<italic>WIP</italic>基因. 而在12号染色体上的<italic>WIP</italic>同源基因则位于13号染色体上, 二者呈对应关系. 而6号染色体上的<italic>WIP</italic>基因相互之间同源性最高, 且只与12号染色体上的基因具有较高的同源性. 因此, 可以推测, 在大豆基因组中<italic>WIP</italic>基因可能起源13号染色体, 通过染色体复制扩散至12号染色体, 再扩散到6号染色体. 而在拟南芥和水稻基因组中, 半数以上的<italic>WIP</italic>基因也分布在一条染色体上, 且与大豆12和13号染色体上的<italic>WIP</italic>基因具有较高的同源性. 因此, 植物中<italic>WIP</italic>基因可能来源一个共同的祖先.