基于生物信息学分析鉴定甘薯块根发育相关基因家族【文献秀第14期】

MADS-box基因是植物中最大的转录因子家族之一，是广泛存在于真核生物中的一类转录因子，它在植物生长发育中起着重要作用，参与花和果实的生长发育。本期文献秀就给大家分享一篇基于甘薯MADS-box基因进行相关基因家族分析的案例。

本期分享文献

文献题目：Genome-Wide Identification and Expression Analysis of the MADS-Box Gene Family in Sweet Potato [Ipomoea batatas (L.) Lam]

发表期刊：《Frontiers in Genetics》

发表时间：2021年11月

影响因子：4.59

第一作者：邵正伟 广东海洋大学

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文献导读

MADS-box基因是植物中最大的转录因子家族之一，是广泛存在于真核生物中的一类转录因子，它在植物生长发育中起着重要作用，参与花和果实的生长发育。甘薯是一类具有很高价值的粮食作物和能源作物。目前对甘薯MADS-box基因的报道较少，对甘薯MADS-box基因的全基因组鉴定和分类研究尚未见报道。本研究首次对甘薯MADS-box基因进行了综合分析，鉴定了甘薯中的MADS-box基因，分析了这些基因的结构和蛋白，并与拟南芥MADS-box蛋白进行系统发育分析。本研究还确定了甘薯MADS-box基因的MADS结构域和核心motif，也在甘薯MADS-box基因的启动子区域发现了光响应、生长素响应、干旱诱导和茉莉酸甲酯响应等顺式作用元件，进一步揭示了MADS-box基因对环境变化和激素响应的调控基础。此外，还通过RNA-seq分析了这些基因在不同组织的特异性表达模式，并进行了验证。本研究从多个角度分析甘薯MADS-box基因的分子基础，研究了MADS-box基因对甘薯生长发育的影响，为甘薯分子育种提供一定的理论依据。

研究结果

1、甘薯 MADS-Box家族的鉴定和结构分析

从甘薯全基因组中鉴定出95个MADS-Box基因，根据基因结构，被分为两类，I 型和 II型。不同类型的 MADS-Box基因结构有明显的区别。大多数I 型基因长度小于2 kb, 且具有一至两个长片段外显子， II型基因长度超过3 kb， 超过6个外显子，大多数的外显子片段是短的。蛋白质结构域预测分析表明甘薯 MADS-box 基因包含除MADS域的其它结构域。大多数I 型基因包含数量不等的低复杂性区域结构和卷曲线圈区域结构，21个 II型基因包含K-box结构域，K-box结构域通常与SRF型TFs相关，也是 II型MADS-box 基因的特征结构域。

2、MADS 蛋白的系统进化分析

通过MEGA-X构建了甘薯，甘薯近缘野生种和拟南芥的MADS-Box蛋白。根据拟南芥MADS蛋白的分类，甘薯I 型MADS蛋白分为三个亚家族：Mα, Mβ,和Mγ。II型MADS蛋白质分为12个亚家族。其中，Mα亚家族和Mβ亚家族各有27种蛋白质，Mγ亚家族中16种蛋白质含量较少，这与拟南芥蛋白质亚家族的分布相似。然而，甘薯近缘野生种I 型MADS蛋白主要在Mα 亚家族中集中分布，Mβ和Mγ亚家族中各只有一个MADS-Box基因。甘薯 II型MADS基因在分类上更接近甘薯近缘野生种。甘薯的II型MADS基因没有出现在 FLC或TT16亚家族中，在其它亚家族中都有分布，有一至六种蛋白质。

3.、MADS-Box的染色体定位

对甘薯中95个MADS-box基因进行了染色体定位。结果表明，除了LG3染色体外，MADS-box基因在甘薯其他14条染色体上的数量也有所不同。超过10个MADS-Box基因分布在LG7、LG8、LG11和LG15染色体上。LG1、LG5和LG12染色体包含较少的MADS-Box基因，只有一到三个。

4.、MADS蛋白的保守基序分析

甘薯中MADS蛋白基序的数量存在一定的差异。所有基因都有基序1，可编码28个氨基酸。超过90个基因包含基序2和基序5。这三个基序编码的51个氨基酸是MADS-box基因的核心基序。

5.、MADS-Box基因启动子区域的顺式作用元件分析

根据在线工具预测MADS基因的顺式作用元件，所有甘薯MADS-Box基因都含有3-12个光相应元件，ABA响应元件、生长素响应元件、还有少量调节元件，如昼夜节律控制元件、分生组织表达元件、水杨酸响应元件、低温响应元件、赤霉素响应元件、防御和应激响应元件，暗示MADS-box基因可以响应各种环境变化，协调甘薯的生长发育。

6.、MADS-Box基因的表达谱

为了研究MADS-box基因在甘薯中的表达模式，转录组测序表明大多数甘薯MADS-box基因存在表达特异性。34个基因在甘薯花和果实中特异表达，其余基因在营养组织如根和茎尖中高表达。大量I型基因主要在茎尖表达，提示Ⅰ型基因在一定程度上参与了甘薯地上部分的营养生长过程。

总体而言，甘薯MADS-box基因参与了甘薯花和果实等生殖器官的生长发育。它们在甘薯的根、茎和叶等营养生长和发育过程中至关重要。

本期文献秀我们邀请到了本篇文献的第一作者为我们分享他的研究思路和文献内容，活动信息如下：

活动信息

时间：12月10日 16:00

形式：免费线上直播

本期分享嘉宾

邵正伟 硕士

广东海洋大学硕士，研究方向为甘薯遗传育种、甘薯块根发育机理相关研究。目前已发表一篇中文核心和一篇二区SCI，擅长生物信息学相关数据分析与可视化处理。