过氧化物酶体的形成、增殖和生物学功能的发挥需要多种由PEX基因编码的过氧化物酶生成蛋白(Peroxins)的参与[6]。目前已经鉴定出在酵母细胞中有超过32种PEX基因,哺乳动物中有20种,而植物细胞中有约23种PEX基因[7]。其中PEX11是目前发现成员最多的PEX基因家族。虽然这一蛋白的发现时间已经超过10年,但对于PEX11如何调控过氧化物酶体的增殖仍然知之甚少。Li[8]等发现人类主要有3个PEX11的亚型,其中HsPEX11β为组成型表达并对胚胎存活具有重要作用,HsPEX11α受代谢信号诱导,而HsPEX11γ的具体功能还不明确。高等植物PEX11的功能还少有报道。Nayidu等[7]在水稻中发现5个PEX11基因OsPEX11-1~OsPEX11-5。其中,OsPEX11-1和OsPEX11-4起源于片段复制事件,OsPEX11-2和OsPEX11-3起源于串联重复事件。基因表达分析表明,水稻PEX11具有不同的表达模式:OsPEX11-1和OsPEX11-4主要在叶片中表达,OsPEX11-2仅在萌发中的种子中表达,OsPEX11-3主要在胚乳和萌发种子中表达,而OsPEX11-5在检查的所有组织中都有表达。此外,除OsPEX11-2之外,所有基因均参与脱落酸(ABA)、过氧化氢(H2O2)、高盐、低氮等非生物胁迫响应。
玉米(Zea mays)属禾本科玉蜀黍,是目前我国第一大粮食作物,同时也是重要的工业原料来源。目前,PEX11基因在真菌、水稻等物种和人类中的研究较多,而在玉米中的成员和功能还不明确。本研究采用生物信息学方法对玉米中的PEX11基因进行系统鉴定,并分析其进化关系与表达模式等,旨在为玉米PEX11功能的进一步研究奠定基础。
2 材料与方法
2。1 玉米PEX11基因的系统鉴定
利用PEX11结构域一致性序列在玉米遗传学和基因组数据库(MaizeGDB, http://www。maizegdb。org)中比对搜索,鉴定玉米基因组中PEX11基因,E值设置为≤10-5。将候选序列在SMART数据库中(SMART。http://smart。embl-heidelberg。de/smart/set_mode。cgi?NORMAL=1)检索,验证是否含有PEX11结构域,若含有,则认为其属于PEX11家族。利用ProtParam工具(http://web。expasy。org/protparam。html)预测蛋白质分子量、等电点,采用Wolf Psort工具(http://www。genscript。com/wolf-psort。html)进行亚细胞定位分析。
2。2 染色体分布和基因复制分析
根据玉米PEX11基因座位信息,利用Mapchart软件绘制染色体分布图。通过检索植物基因组复制数据库(PGDD, http://chibba。agtec。uga。edu/duplication/index/locus)查找玉米PEX11片段复制事件。串联重复事件的标准设置为:两个基因间隔不超过5个基因。
2。3 多序对比和系统发育分析
利用ClustalW软件对玉米PEX11序列进行多序列对比,利用MEGA 5。1软件邻接法(Neighbor—Joining method)构建系统发育树。Bootstrap重抽样进行1000次。
2。4 基因表达模式分析来`自^优尔论*文-网www.youerw.com
利用玉米PEX11座位号在PLEXdb数据库(http://www。plexdb。org/plex。php?database=Corn)中检索,获取ZmPEX11的芯片表达数据。采用clustalx 3。0软件average linkage方法聚类,绘制基因表达热图。
3 结果与分析
3。1 玉米中的PEX11基因
通过在MaizeGDB中比对搜索,共鉴定出玉米基因组中5个PEX11基因。根据基因分布在染色体中的位置,系统命名为ZmPEX11-1~ZmPEX11-5(表1)。ZmPEX11基因外显子数从1~7个不等,其中ZmPEX11-2、ZmPEX11-3以及ZmPEX11-5的外显子数为1,说明这3个PEX11基因可能起源于逆转录转座事件。蛋白质氨基酸数较为接近,从211到307不等。转录方向分析表明,3个基因为正向转录,2个为反向转录。蛋白质等电点分析显示,所有ZmPEX11蛋白均为碱性蛋白。亚细胞定位预测表明,ZmPEX11-1和ZmPEX11-4分布在质膜上,ZmPEX11-2分布在叶绿体内,ZmPEX11-5分布在线粒体内,而ZmPEX11-3可能分布在质膜或叶绿体内。