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国际基因组学杂志
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国际基因组学杂志/2021年/文章

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体积 2021年 |文章的ID 2590665 | https://doi.org/10.1155/2021/2590665

你陈、刘本Yujun赵,Wenzhe Yu,维娜斯, ”全基因组复制和净化选择导致生长素响应的功能冗余因子(东盟地区论坛)基因在谷子(Setaria italical .)”,国际基因组学杂志, 卷。2021年, 文章的ID2590665, 14 页面, 2021年。 https://doi.org/10.1155/2021/2590665

全基因组复制和净化选择导致生长素响应的功能冗余因子(东盟地区论坛)基因在谷子(Setaria italical .)

你陈,1 刘本,2 Yujun赵,1 Wenzhe余,1 和 维娜斯1

1国家工程实验室的作物抗逆性育种,安徽农业大学生命科学学院230036年合肥,中国

2精密医学研究实验室的安徽合肥,安徽230088年,中国

学术编辑器:马可Gerdol
收到了 2021年5月08
接受 2021年7月19日
发表 09年2021年8月

文摘

生长素响应因素(arf) auxin-mediated响应中起着至关重要的作用,而分子遗传学东盟地区论坛基因是很少了Setaria italica,一个重要的作物和C4模式植物。在目前的研究中,全基因组进化分析东盟地区论坛在执行美国italica。24SiARF基因识别和不均匀分布在八的九个染色体美国italica。复制模式探索暗示13 SiARF蛋白质是源于全基因组复制和净化选择。发展史重建SiARFs由最大似然和neighbor-joining树显示SiARFs可分为四个演化支。SiARFs聚集在同一进化枝共享类似的基因和蛋白质结构域组成,暗示功能冗余。此外,氨基酸组成的中部地区是守恒的SiARFs属于相同的进化枝。SiARFs被分为活化剂或阻遏蛋白的浓缩特定的氨基酸。内在的障碍是在东盟地区论坛活化剂的中部地区。最后,表达谱SiARFs激素和非生物胁迫处理不仅透露他们的势函数在应激反应,也表明其功能冗余。总的来说,我们的研究结果提供了洞察进化方面的SiARFs和利益进行进一步的功能特性。

1。介绍

植物激素生长素起显著的作用在调节植物生长和发育的不同方面,通过auxin-responsive信号级联和基因表达式(1]。此外,生长素/吲哚乙酸(Aux / IAA)和生长素响应因子(ARF)蛋白质是关键因素来调节auxin-response基因的表达(2]。在缺乏生长素,Aux / IAA与arf,抑制auxin-responsive基因的转录调控。生长素积累可以释放和激活arf。Activity-elevated arf将进一步转录调节auxin-related响应基因的表达,如小生长素RNA(阿富汗二月),格雷琴Hagen 3(GH3),通过结合TGTCTC生长素响应元素(AuxREs)启动子(3]。

典型ARF蛋白质是杰出的氨基端dna结合域(DBD), c端辅助/ IAA域在人类犯下heterointeraction,中部地区和一个变量(先生)4]。DBD通常由植物的b型域,可以结合具体AuxREs auxin_resp域和未知函数(5]。先生地区番茄arf是否转录激活物或阻遏蛋白(6]。考虑植物生长素调控系统的重要作用,东盟地区论坛引起了极大的关注。研究人员发现,osarf12突变体植物表现出过早衰老的叶子和花器官的切除(7]。同样,水稻OsARF12沉默显示叶卷发,身材矮小,减少了可行性与野生型相比(8]。

增加研究建议东盟地区论坛扮演的角色不仅在生长素知觉和规定,而且在与其他激素生长素的相声,脱落酸(ABA)等不可替代的在植物响应环境压力(9]。一致,许多报告表明东盟地区论坛也在各种非生物胁迫响应,如干旱、盐,和冷10- - - - - -13]。AtARF2在拟南芥被发现被磷酸化改性对低钾压力(14]。TasiRNA-ARF据报道,参与维护正常的花形态发生在应力条件下的调整变化花卉发展和生长素与响应相关的基因的表达吗答:芥(15]。这些结果说明,东盟地区论坛基因扮演了重要的角色不仅在调节植物的生长和发展,而且在响应非生物压力。

测序技术的快速发展提供了前所未有的机会和数据进化和功能研究的基础。东盟地区论坛已确定和报告在一些植物,像什么答:芥,栽培稻,玉米(16- - - - - -19]。然而,相关的报道东盟地区论坛很少被发现Setaria italica,这是一个理想的C4遗传学和分子生物学研究模型(20.]。在目前的研究中,家庭成员的东盟地区论坛探讨了在美国italica基因组广泛,其次是染色体位置分析。此外,参与复制模式SiARF成员和选择压力基本复制的起源SiARF基因对也被调查。此外,发展史重建SiARFs执行两个系统发育树。先生的域组成,氨基酸组成区域,基因结构和组织表达的模式SiARFs成员之间在不同的演化支相比很仔细。最后,激素治疗,以及非生物压力包括盐度和挂钩,用于进行表达谱分析SiARFs。最重要的是,我们的研究是第一个全基因组进化分析SiARF基因和构成的基础上进一步分析。

2。材料和方法

2.1。的识别东盟地区论坛基因在美国italica基因组

利用ARF嗯概要(ARF_resp PF06507) [21),东盟地区论坛序列o .漂白亚麻纤维卷和答:芥被用作一个查询来确定谷子蛋白质的同源蛋白质序列数据库(http://www.phytozome.net/BlastP)[22]。包含了数据库(http://Pfam.sanger.ac.uk/)和智能23每个预测)被用来进一步确认东盟地区论坛基因。

2.2。识别蛋白质特性和映射SiARF基因在染色体上

氨基酸(AA)组成,分子量(kDa),和理论分析了π(pI) ExPASy (http://web.expasy.org/protparam/)。24 SiARF蛋白质被MapChart准确区分8染色体软件(24]。

2.3。基因复制模式和共线性估计

MCScanX包是用来描述内共线性美国italica基因组和基因复制模式SiARFs参与(25]。MCScanX可以实现全基因组BlastP识别共线块,称为共线性关系或物种之间(内 值设置为1 - - - - - -10)。此外,MCScanX应用于跟踪的进化历史东盟地区论坛基因家族扩张和串联和节段性/ WGD重复进行分类东盟地区论坛根据他们的基因拷贝数和染色体分布。

2.4。评估的和产生的替代率

SiARF序列被BlastP对蛋白质序列的搜索答:芥,z梅斯,o .漂白亚麻纤维卷(http://gramene.org/www.phytozome.net账户之间的同源同源性美国italica和其他禾本科植物。多个对齐paralogous和同源基因对由Clustalx并提交给PAL2NAL计算Ks和/或PAML (Ka codeml价值的项目26]。

2.5。序列比对和系统发育分析SiARFs

多重序列比对进行使用arf的完整的氨基酸美国italica,z梅斯,o .漂白亚麻纤维卷,答:芥由MAFFT [27]。TrimAl v1.2进一步用来消除不一致地区-automated1的参数(28]。然后,修剪比对提交PhyML辨认最佳氨基酸替换模型。最佳氨基酸替换模型JTT + G ( )(29日]。随后,最大似然(ML)系统发育树构建在PhyML根据估计的最佳模式,和分支的快速近似基于可能性措施支持(Shimodaira-Hasegawa近似的似然比检验,SH-aLRT)申请分支。构建neighbor-joining (NJ)系统发育树,SiARFs的完整的氨基酸被MAFFT一致,提交给兆7.0 [30.]。引导每个节点的重要性进行了分析使用1000复制(31日]。

2.6。表达分析SiARF基因通过转录组数据

欧洲核苷酸归档所有Illumina公司提供美国italicaRNA-HiSeq读取四组织,即穗状花序,茎,叶,根(SRX128226(穗状花序),SRX128225(茎),SRX128224(叶),和SRX128223(根)][32]。RNA-seq数据删除低质量读取被挥动工具箱作为标准筛选(http://59.163.192.90: 8080 / ngsqctoolkit /)33]。RPKM(每千碱基读取每百万)方法用于正常化读取映射的数量。根据RPKM值,热点图展示了特定基因表达在不同的组织。

2.7。植物材料、生长条件和压力治疗

的种子美国italica生长在人工气候室吗 °C的一天/ °C夜间温度 %相对湿度和自然光照在21天(3月至4月,2017)。干旱胁迫处理、种苗被暴露于20%聚乙二醇(PEG 6000)或100毫米ABA发起的21天正常生长条件。不同的样本收集后0、1、3、6、12和24小时的治疗。20%的挂钩(脱水)、盐度、ABA、indole-3-acetic酸(IAA)治疗进行假冒在先前的研究34- - - - - -38]。样品在液氮冷冻和储存在-80°C到RNA隔离。样品实验重复三次,以确保稳定性和精度。

2.8。RNA提取和表达谱分析

总RNA提取利用RNAPlus试剂(豆类、日本)方法,其次是标准的制造商的指令(39]。第一个互补脱氧核糖核酸链生成使用M-MuLV逆转录酶实验设备(美国豆类生物Inc .)。使用底漆Express 3.0所有gene-specific引物设计软件(美国应用生物系统公司)与默认参数。产品尺寸范围从150到250个基点SiARF基因(表S2)。在95°C PCR反应条件进行了10分钟,其次是40周期在95°C 1分钟15秒和60°C。融化的分析曲线(60到95°C后40周期)是为了减少实验误差,按照生物学重复的原则(40]。肌动蛋白2(PF00022)作为内部控制。三个复制。统计分析了使用DPS软件(41]。

2.9。内在障碍的预测SiARF蛋白质

全身SiARF氨基酸序列提交在DisProt PONDR-FIT算法(42]。无序的价值观提出了作为一个热图R用gplot包热图。2功能。

3所示。结果

3.1。标识、染色体分布和同源性分析模型东盟地区论坛家庭美国italica

在目前的研究中,ARF嗯概要文件被用来屏幕的蛋白质数据库美国italicaBlastP程序。获得蛋白质进一步提交网站,包含了确认ARF和B3域的存在。因此,总共24 ARF蛋白质被发现(表1)。这些基因被发现是不均匀分布在8个染色体,染色体2(图除外1)。染色体3包含七个SiARFs(29.1%)和染色体1,4,5有四个SiARFs,分别。两个SiARFs提出了7号染色体上,但只有一个吗SiARF被发现在染色体6 8和9。最后,这些东盟地区论坛根据他们的染色体基因命名的位置SiARF01来SiARF24(表1)。
基因名字一个 轨迹 所对应的位置 AAb πc 兆瓦(kDa)d
SiARF1 Seita.1G077200 1:6988237…6988237 907年 5.45 99.6988
SiARF2 Seita.1G090900 1:8014277…8014277 1133年 5.9 125.4214
SiARF3 Seita.1G195500 1:27687425…27687425 673年 5.76 74.9183
SiARF4 Seita.1G241500 1:31927733…31927733 696年 6.86 74.5453
SiARF5 Seita.3G003300 3:165345年…168218年 502年 5.75 54.4367
SiARF6 Seita.3G020000 3:1162915…1162915 835年 6.3 92.7573
SiARF7 Seita.3G028100 3:1711500…1711500 937年 5.79 103.1312
SiARF8 Seita.3G147000 3:10559752…10559752 577年 9.14 64.2633
SiARF9 Seita.3G179300 3:13481507…13481507 579年 8.33 64.254
SiARF10 Seita.3G321500 3:40156717…40156717 841年 6.25 92.7379
SiARF11 Seita.3G394000 3:49527955…49527955 897年 5.66 98.8577
SiARF12 Seita.4G040100 4:2680871…2680871 1054年 6.09 116.3922
SiARF13 Seita.4G240600 4:36454278…36454278 1084年 6.12 120.7337
SiARF14 Seita.4G257800 4:37696236…37696236 686年 7.05 74.697
SiARF15 Seita.4G262300 4:38057919…38057919 931年 5.95 102.7815
SiARF16 Seita.5G004300 5:322788年…327036年 687年 5.59 76.8788
SiARF17 Seita.5G265200 5:32737893…32737893 667年 6.42 73.7489
SiARF18 Seita.5G321300 5:37047017…37047017 685年 6.84 74.7693
SiARF19 Seita.5G438100 5:45465923…45465923 809年 6.01 90.7756
SiARF20 Seita.6G212000 6:32960180…32960180 1099年 6.13 121.6518
SiARF21 Seita.7G108100 7:20883066…20883066 663年 5.59 73.4238
SiARF22 Seita.7G169600 7:25114768…25114768 677年 8.05 72.674
SiARF23 Seita.8G135700 8:26264640…26264640 811年 6.6 90.0333
SiARF24 Seita.9G219800 9:16301628…16301628 684年 6.71 74.705
一个基因的名称命名根据其订单的染色体。b蛋白质序列的长度。c等电点。d分子量。
表1
识别的特点生长素响应因子基因家族在Setaria italica。

图1
染色体的分布SiARFs。
3.2。复制和分化率SiARF基因

基因重复,通常与全基因组/节段重复(WGD / SD)和串联重复(TD)、基因家族的扩张和发展起了非常重要的作用。采用爆炸和MCScanX项目,WGD和TD基因对成功的特点。有趣的是,没有道明事件被发现SiARFs,13SiARFs参与WGD事件,包括十WGD基因对(图2)。估计是否选择压力的进化和扩张中退出SiARFs,产生的比例(Ka) / (Ks)同义替换这些WGD对计算。一般来说,Ka / Ks比率的价值意味着选择压力: 表明净化选择, 代表中性的选择, 代表积极的选择(43]。Ka / Ks的最大值为0.4095,和Ka / Ks的最小值为0.0092,平均为0.2129SiARFs(表S1)。此外,大致推断出这些WGD双的起源,Ks的分布比例的假字美国italica和直接同源的美国italica与z梅斯和o .漂白亚麻纤维卷也比较。根据我们的结果,Ks的假字的频率美国italica在0.8和0.9之间达到高峰,而Ks直接同源基因之间的频率美国italica和z梅斯或o .漂白亚麻纤维卷在0.6和0.8之间达到高峰,0.3和0.4,分别。这些结果表明,WGD假字起源于玉米和分裂之前美国italica或美国italica和o .漂白亚麻纤维卷(图3),他们的起源时间接近的分歧时间美国italica和o .漂白亚麻纤维卷。


图2
共线的分析SiARF基因。全基因组基因共线的Setaria italica标有灰色线条。SiARF全基因组重复基因对被红线强调。
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(c)
图3
Ks分布假字对SiARFs。(一)之间的同源配对美国italica和栽培稻和之间的美国italica和玉米,分别。的 - - - - - -轴代表了Ks paralogous或同源基因对的值,分为不同的部分单位(a) 0.1或0.2 (c)。(b) - - - - - -轴意味着Ks的频率值相对于每个单元。如果代表ARF paralogous美国italica;Si-Os代表论坛之间的同源美国italica和o .漂白亚麻纤维卷;如果代表论坛之间的同源美国italica和z梅斯。
3.3。系统发育和SiARFs域分析

进一步研究进化的命运SiARF基因,我们构造了一个拔起种系发生树使用arf的蛋白质序列美国italica,那些从o .漂白亚麻纤维卷,z梅斯,答:芥被用作外围集团(图4)。完全,114论坛成员被应用,毫升成功构建系统发育树。根据节点的拓扑结构和引导价值,系统树可以分为四个演化支,即进化枝我(37)成员,进化枝II(33个成员国),第三进化枝(15个成员国)和第四进化枝(29)成员。进化枝我拥有最ARF的成员,而进化枝三世ARF最小的成员。此外,ARF蛋白质美国italica均匀集群内的三个演化支,包括9名成员在进化枝我(SiARF1、SiARF2 SiARF6, SiARF7, SiARF11, SiARF12, SiARF13,和SiARF15), 6进化枝II (SiARF3、SiARF10 SiARF16, SiARF19, SiARF21,和SiARF23), 4 SiARF蛋白质进化枝III (SiARF8, SiARF9、SiARF17 SiARF18),和5在第四进化枝(SiARF4, SiARF5, SiARF14、SiARF22 SiARF24),分别为(图4)。此外,未发现最近的重复事件在SiARF成员,而玉米ARF的几个组织蛋白质(图4)。


图4
毫升系统发育树由ARF蛋白质从四个植物物种。蛋白质名称的前缀,包括Si,操作系统,Zm评选,和在用作表示物种他们属于和代表美国italica,o .漂白亚麻纤维卷,z梅斯,拟南芥,分别。系统树可以分为四个演化支,而且每一个进化枝上有不同的颜色。黄色,蓝色,绿色,红色代表I - IV演化支,分别。蛋白质域组成每个论坛成员也展出。红色钻石代表B3域。橙色方块代表auxin_resp域,和黄色钻石表示辅助/ IAA域。

我们进一步研究了蛋白质域组成arf的这四个演化支(图4)。论坛成员,更紧密的进化关系,聚集在同一支系,表现出保守蛋白质域组成。Auxin_resp (PF06507), B3 (PF02362)和辅助/ IAA域是最保守域在调查ARF的蛋白质。几乎所有受访ARF蛋白质存在守恒auxin_resp (PF06507)和B3 (PF02362)域。两个论坛,AtARF23 ZmARF21,只有保守域auxin_resp,而辅助/ IAA域分布不同基因在不同的演化支。arf的演化支I和II存在一个或两个Aux / IAA域,而几乎所有arf演化支III和IV存在没有辅助/ IAA域。

为了更好地确认系统重建的准确性,NJ树是由只有SiARF蛋白质(图5(一个))。arf NJ树中显示相同的拓扑与乔丹的关系树。我们进一步分析主要集中在SiARFs用人NJ树。

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(c)
图5
(一)系统重建和(b) (c)中间区域的氨基酸组成和基因结构的SiARFs。
3.4。先生的氨基酸组成和基因结构的区域SiARFs

蛋白质序列之间的夫人auxin_resp和辅助/ IAA据报道高变量和相关的转录活动东盟地区论坛基因。我们随后调查SiARFs先生的氨基酸组成的地区(图5 (b))。正如所料,SiARFs聚集在同一演化支先生地区表现出相似的氨基酸组成。SiARFs进化枝我丰富的年代,Q, L,而进化枝SiARFs II中丰富的S和p .此外,S, G先生丰富的地区SiARFs演化支III和IV。

我们进一步分析了基因的结构SiARF基因(图5 (c))。正如所料,exon-intron结构中不同基因在不同的演化支,虽然它是相对保守的基因在相同的演化支。基因演化支I和II有超过10个外显子。几乎所有基因进化枝我拥有14个外显子,除了SiARF20和SiARF7,这两个有13个外显子。五个基因,包括SiARF21,SiARF3,SiARF19,SiARF10有14个外显子,而其他两个基因,SiARF16和SiARF23有12个外显子。最后,5个基因进化枝IV只有三两个外显子。

3.5。组织表达分析SiARFs

组织表达谱的SiARFs被RPKM值估计,来自欧洲的核苷酸存档。所有的表达模式SiARF基因被确定通过四个组织模拟精确属性:根、茎、叶,穗状花序。结果表明所有的繁杂和动态表达谱SiARFs在四个调查组织(图6)。这些24SiARF基因表达在至少一个组织( )。SiARF03,SiARF04,SiARF19,SiARF21,SiARF23表示高度的所有四个组织( )。此外,基因在同一演化支显示动力学表达模式。基因进化枝我有不同的表达水平,而几乎所有基因进化枝二世是普遍和四个调查组织中高度表达。值得注意的是,SiARF23表现出比其他高表达SiARFs在叶子上。此外,我们还发现了基因复制对之间的表达式。六个十重复基因的双(SiARF1/15,SiARF2/13,SiARF22/24,SiARF8/17,SiARF9/18,SiARF17/18)因WGD表现出显著不同的表达谱四个调查组织(双向方差分析测试, ),虽然四个重复基因双(SiARF3/21,SiARF4/22,SiARF4/24,SiARF8/18)共享类似的表达谱(双向方差分析测试, ),指示功能冗余。


图6
的表达水平的热图SiARFs在叶、根、茎和穗状花序。红色的颜色从蓝色(1)(7)代表基因表达水平的增加。
3.6。的表达模式SiARFs激素和非生物胁迫的治疗方法

通常知道生长素和表达水平的调节通路东盟地区论坛基因有重要的关联。外源生长素的诱导治疗是有益的的表达东盟地区论坛家族基因在植物。以前的实验结果显示,SiARF成员复杂的生物学影响生长素的分泌。在目前的研究中,在治疗1μm IAA,实时定量PCR分析表明,存在于所有巨大的变化SiARF基因(图7(一))。例如,在IAA处理条件下,几乎一半的的表达SiARF基因(SiARF03,SiARF05,SiARF07,SiARF08,SiARF09,SiARF11,SiARF14,SiARF17,SiARF18,SiARF20,SiARF20,SiARF24)持续低迷。然而,8东盟地区论坛基因(SiARF04,SiARF06,SiARF10,SiARF12,SiARF19,SiARF21,SiARF22,SiARF23)被外源IAA调节治疗。剩下的东盟地区论坛基因表达水平显示不规则的表达谱。

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(一)
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(b)
图7
的相对表达24SiARFs分析了用实时定量PCR (a)吲哚3下 - - - - - -醋酸(IAA)治疗和(b)脱落酸(ABA)治疗后0 h, 1 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24小时。所有的实验结果都是基于三个生物复制。误差线意味着±SD三生物复制。不同字母表示显著差异( )。

进一步调查是否SiARFs参与了ABA信号通路、种苗被用来处理ABA。结果表明,几乎所有的SiARFs被ABA刺激不断调节,直到12 h(图7 (b)),除了SiARF04对1 h表示最高。此外,的表达水平SiARF22趋势差别显示对这些。比较的相对表现SiARF家庭阿坝刺激,不难发现SiARF11是证明无上地表达(> 70倍)。总之,SiARF基因对植物激素的影响很大程度上反应理论。

调查的反应机理SiARF转录的家庭成员,实时定量PCR用于分析的潜在功能SiARFs在非生物胁迫(盐度和脱水)。首先,在不同的时期(1 h、3 h, 6 h, 12 h和24 h)钉治疗,期间通过直方图结果可视化。有趣的是,我们发现SiARF大部分的基因调节时间点(图8(一个))。所有的定量表达式SiARFs发现,SiARF01,SiARF02,SiARF14达到1 h,SiARF03,SiARF04,SiARF15最高6 h后表示。的表达SiARF22和SiARF23增加到3 h,SiARF07和SiARF18达到24 h。此外,的转录水平SiARF05,SiARF06,SiARF08,SiARF09,SiARF10,SiARF11,SiARF12,SiARF13,SiARF16,SiARF17,SiARF19,SiARF20,SiARF21,SiARF24达到表达高峰在12 h;随后,表达水平降低。相反,相对的表达SiARF11稳步上升超过50倍12 h。

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(b)
图8
的相对表达24SiARFs用实时定量PCR分析压力(a)钉治疗和(b)盐度压力治疗0 h后,1 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24小时。所有的实验结果都是基于三个生物复制。误差线意味着±SD三生物复制。不同字母表示显著差异( )。

盐度压力改变植物细胞的渗透性影响植物的生长和发育,渗透压力和离子毒性。因此,我们还设计了盐度处理表达谱来洞察潜在的谷子公差的影响东盟地区论坛基因。结果发现所有SiARF基因在不同治疗阶段(图发生变化8 (b))。这是观察到SiARF基因转录水平增加了出现在不同的时间点。引人注目的是,只SiARF04伴随着常数表达式,直到6小时达到最大值时,和三个基因(SiARF21,SiARF22,SiARF24)最高显示表达式3 h。然而,所有的其他基因(SiARF01,SiARF02,SiARF03,SiARF04,SiARF05,SiARF06,SiARF07,SiARF08,SiARF09,SiARF10,SiARF11,SiARF12,SiARF13,SiARF14,SiARF15,SiARF16,SiARF17,SiARF18,SiARF19,SiARF20,SiARF23)测量,所有被意外地调节治疗时间和达到12 h。值得注意的,5个基因(SiARF05,SiARF11,SiARF17,SiARF22,SiARF24)出现在时间点表达特性的高于其他治疗持续时间。的SiARF22甚至调节超过70倍3 h。数据结果表明,SiARFs发挥重要作用在调节压力脱水和盐度的压力。

4所示。讨论

东盟地区论坛基因是auxin-induced信号级联的关键因素和基因表达,调节植物代谢的各个方面的进步和参与植物应激反应(14]。东盟地区论坛植物物种有多个基因的家庭成员,这在一定程度上可以解释为什么简单auxin-to-ARF通路可能操纵等生理代谢的许多方面2]。广泛探索进化模式和系统发生的关系东盟地区论坛有利于破解功能专业化吗东盟地区论坛。因此,在这项研究中,一个全基因组的调查东盟地区论坛基因在美国italica提出了。

在美国italica,24SiARF基因识别、类似于答:芥(23)和o .漂白亚麻纤维卷(25),但低于z梅斯(36)16,17,19]。基因重复,主要包括WGD和TD,通常被认为参与植物多基因家族的基因扩张。此外,基因所产生的不同的重复模式有不同功能的命运。WGD副本应该有助于功能冗余,而TD副本可以应对快速变化的环境和获得功能新奇(44]。在目前的研究中,13个24SiARFs被推导出经验WGD事件和10 WGD基因对被识别(图2)。我们还发现底层WGD基因对净化选择进化的力量。Ka分布隐含古老的起源SiARF对,分手之前的起源美国italica与o .漂白亚麻纤维卷或与z梅斯。考虑auxin-induced信号级联的广泛影响和上游的角色东盟地区论坛,这些WGD对可能导致功能冗余或规范。

系统发育分析SiARFs也执行。首先,构造了一个毫升树、应用arf从其他三个基因为外围集团(图4)。在ML树中,arf显然可以分为四个演化支。此外,基因在同一演化支共享类似的蛋白质域组成。我们还构建了一个NJ树只有SiARFs(图5)。正如预期的那样,SiARFs NJ树中的表现出几乎相同的系统发生的关系与ML树。新泽西和ML树之间的一致性证实了系统重建的准确性和可重复性。限制SiARFs,蛋白质进化枝二世和分化枝我存在集成功能域,包括B3, Aux_resp,和辅助/ IAA域,而多数蛋白质的进化枝第三和第四进化枝缺乏辅助/ IAA域。考虑到人类——或者heterointeraction辅助/ IAA域,蛋白质演化支III和IV功能单体。此外,先生的氨基酸组成区域据报道,确定是否一个ARF蛋白是转录激活或抑制因子(3]。在以前的进步,Q,年代,L是ARF活化剂的先生丰富的地区。其他论坛没有Q-rich先生地区几乎可能转录阻遏物。在我们的结果中,奥地区SiARFs进化枝我在问丰富,年代,L(图5 (b))。此外,那些在进化枝OsARFs我已经实验证实转录激活物和与OsAux / IAA蛋白(6]。这些结果强烈暗示SiARFs进化枝我转录激活物,可能会与SiAux / IAA。SiARFs在第四演化支二世最有可能被转录阻遏物(图S2)。此外,以前的进步预测存在的内在障碍(ID)先生的ARF活化剂(2]。ID是由缺乏三维结构特征和富含带电极性氨基酸残基。我们的结果证明内在障碍是守恒的字符在进化枝我SiARFs(图S2),与先前的研究一致(2]。ID有助于蛋白质相互作用、有条件的DNA结合和转译后的修改,通过特定的和快速的构象变化(45]。多数研究认为守恒的B3, Aux_resp,和辅助/ IAA领域,发现生长素输出控制的ID可能会提供新的方面东盟地区论坛有关的通路。

众所周知,东盟地区论坛在auxin-related通路发挥中央。生长素的浓度可以调节的活动东盟地区论坛(3]。在我们的结果,SiARFs外源IAA治疗有所反应,这可能是由于外源IAA可以影响生长素的体内平衡(图7(一))。此外,变更的生长素的浓度也可能诱发ABA-related通路(46]。此外,ABA是另一个重要的激素,包括针对不同压力(47]。在以前的研究,东盟地区论坛被认为是很有前途的候选人包括在环境压力和激素信号。IbARF5从甘薯可以显著提高转基因耐盐和干旱答:芥,与ABA的生物合成48]。ARF4在侧根杨树抑制生长素信号(LR)盐胁迫下形成49]。在目前的研究中,我们发现几乎所有的SiARFs被外源ABA调节在叶子。随后与非生物压力治疗(氯化钠和挂钩),多数SiARFs还发现反应,表现出调节或下调表达趋势(数据吗7 (b)和8)。这些发现强烈地暗示SiARFs与非生物压力,ABA-dependent通路,显示功能的谈话或冗余。我们的结果可能会进一步提供了一些依据功能特性,尤其是那些有关压力和激素信号。

5。结论

东盟地区论坛是auxin-related通路的关键输出控制。在目前的研究中,进化的模式东盟地区论坛基因在美国italica是基因组广泛执行。13的24 SiARF蛋白质是起源于全基因组重复,苦难净化选择。系统的重建SiARFs毫升和NJ树显示SiARFs可以分为四个演化支。SiARFs聚集在同一进化枝共享类似的基因和蛋白质结构域组成,暗示功能冗余。此外,氨基酸组成的中部地区(先生)是守恒的SiARFs属于相同的进化枝。SiARFs在进化枝,我建议是转录激活物,可能与SiIAA /辅助交互,SiARFs在第四演化支二世最有可能是转录阻遏物。内在的障碍在奥地区的特色东盟地区论坛活化剂。此外,各种SiARFs诱导或抑制激素和非生物胁迫下治疗,显示其势函数在应激反应和功能冗余。总的来说,目前的研究提供了一个“照片”SiARFs并提供一个理论基础进行进一步的功能和分子机制分析。

数据可用性

我们的研究数据已经提交的补充材料。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

你陈和刘本的贡献同样这项工作。

确认

这项研究是由安徽省科学基金会,资助1908085 qc106数量,和中国的国家自然科学基金,格兰特数量32001499。

补充材料

参见图S1-S2和表S1-S3补充材料1。图S1:毫升系谱树由ARF蛋白质从四个植物物种。图S2:内在障碍和预测SiARFs转录活动。绿色表示非结构化的蛋白得分。表S1:同义和产生的值SiARFWGD重复对。表S2:同义的直系同源的价值观东盟地区论坛基因之间的对美国italica和o .漂白亚麻纤维卷和之间的美国italica和z梅斯。表S3:引物用于实时定量PCR分析。看到编码序列的测序东盟地区论坛四个物种调查的补充材料2。看到完整的氨基酸序列arf四个物种调查的补充材料3。(补充材料)

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