森林草莓组蛋白乙酰转移酶和去乙酰化酶基因的鉴定和分析
关键词：森林草莓；乙酰化；去乙酰化；进化分析；逆境胁迫
Identification and Analysis of Histone Acetyltransferases and Deacetylases in Fragaria vesca
Abstract：Because of characteristics including a small and sequenced genome, edible flesh developing from enlarged receptacle tissue and an ethylene-independent fruit ripening process, Fragaria vesca is an important model of family Rosaceae. Histone acetylation/ deacetylation is a dynamic and reversible process, playing an essential role in plants, but its specific mechanism is still unknown. We have identified 3 GNAT acetyltransferase, 3 CBP acetyltransferase, 1 MYST acetyltransferase , 1 TAFII250 and 9 RPD3 deacetylase, 2 SIR2 deacetylase and 2 HD2 deacetylase in Fragaria vesca. Besides, transcriptome data indicated that HAT and HDAC genes have tissue- and developmental-specific expression. The result of qRT-PCR demonstrated that histone deacetylase genes also had different expression patterns in response to heat stress, while response to cold stress was relatively weaker. FvHATs and FvHDACs have plant-specific characteristics and HDACs may be involved in development and stress responses in Fragaria vesca.
Key words: Fragaria vesca；Acetylation；Deacetylation；Phylogenetic Analysis；Abiotic Stresses
目 录
摘要 . 1
关键词 . 1
Abstract . 1
Key words 1
引言 . 2
1 材料与方法 2
1．1 数据来源 2
1．2 HAT、HDAC基因的鉴定与保守序列分析 . 2
1．3 多序列比对和系统进化树构建 3
1．4 基因染色体定位与基因复制类型分析 3
1．5 森林草莓中 HAT 基因和HDAC基因的表达分析 . 3
1．6 材料处理 3
1．7 RNA 提取与反转 . 3
1．8 实时荧光定量 PCR . 4
2 结果与分析 4
2．1 HAT 基因和HDAC 基因的鉴定 4
2．2 HAT 基因和HDAC 基因的保守结构域和进化分析 5
2．3 HDAC 基因染色体定位与基因复制类型分析 9
2．4 森林草莓中 HAT 基因和HDAC 基因在花和果实发育过程中的表达模式分析 10
2．5 低温胁迫和高温胁迫中森林草莓 HDAC 基因的表达分析 11
3 讨论 . 12
致谢 13
参考文献 14
引言：在真核生物中，基因组 DNA 被紧密的包裹在细胞核染色质中，而核染色质的结构对于基因的表达调控有着重要作用。核染色质是由核小体组成，核小体由 H2A，H2B，H3，H4四种基本组蛋白各两个组成的八聚体；每个核小体大约被 146个DNA碱基对所缠绕。染色质的结构和功能受到多种表观遗传机制调控，包括 DNA甲基化，ATP依赖的核染色质重组，组蛋白变体的分布以及非编码 RNA 的调控。转录后水平的组蛋白共价修饰以及小分子干扰 RNA(siRNA)和 DNA 甲基化与核染色质结构和基因活性调控有密切联系。核心组蛋白的氨基末端尾巴受到多种转录后修饰的调控，包括乙酰化、甲基化、泛素化、磷酸化、糖基化、ADP 核糖化作用以及类泛素化。尽管绝大多数组蛋白修饰在不同的生物界中是相对保守，但是这些修饰在植物中的形成和文持机制与真菌和动物中的并不完全相同[1-5]。 组蛋白乙酰化和去乙酰化是一个动态可逆的过程，分别由组蛋白乙酰化转移酶和组蛋白去乙酰化酶调控。已知的组蛋白乙酰化被分为 5 个家族，分别是 Gcn5 相关的乙酰化转移酶（GNATs）、MYST相关的HATs、p300/CBP、包含有TFIID 亚单元TAF250的常用转录因子以及核激素相关的 HATs SRC1 和 ACTR(SRC3)。其中与组蛋白功能有密切关系的是GNATs 和 MYST[6]。 GNAT家族调控细胞的生长与发育、转录活化以及DNA修复有关；而MYST 家族则与细胞周期、生长调控转录活化以及基因沉默有关。并且在拟南芥中，GNATs 已被证实与其的花叶器官建成，茎尖功能有关，并且它还参与光、冷的响应[7-9]。 组蛋白去乙酰化酶（HDACs）在真核生物中普遍存在。根据与酵母菌 HDACs 序列的同源性，植物的 HDACs 能被分为不同的 3 个家族，分别是 RPD3/HDA1-like 家族、SIR2-like家族和HD2 家族，其中HD2家族是植物所特有的。组蛋白乙酰化参与了植物中的胁迫响应过程，特别是调控胁迫相关的激素，如 ABA；并调控生殖生长(如花器官建成、配子体发育）、营养生长；还参与基因沉默、细胞死亡、细胞周期等调控[10]。 尽管组蛋白修饰扮在植物细胞的生理生化各个方面都演着重要角色，但目前对森林草莓中的组蛋白修饰物了解甚少。森林草莓(Fragaria vesca)作为一种非呼吸跃变型果实，被视作一种新的模式作物。栽培草莓(F. ×ananassa)是一种具有 56条染色体的极其复杂的八倍体草莓，其 56 条染色体来源于 4 个二倍体祖先(2n=8x=56)。因此，拥有小基因组(240Mb, 2n=2x=14)的已测序二倍体森林森林草莓(Fragaria vesca)为基因组研究提供了巨大的便利条件[11]。在本研究中，我们对森林草莓中(Fragaria vesca)组蛋白乙酰基修饰酶基因，进行了关于系统发生、进化史、结构、在不同组织和器官中的表达模式的综合性研究。我们的研究首次鉴定出了森林草莓中全部组蛋白乙酰化修饰酶基因，为以后草莓中组蛋白乙酰化修饰的研究，提供了借鉴和参考，而且也在很大程度上促进了对草莓以及其他蔷薇科植物中组蛋白乙酰化的分子、生理和生化方面的研究。