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转录因子通过识别靶基因上游启动子区高度保守的特异碱基序列并与之结合,从而对靶基因的时空表达进行调控。转录因子靶基因的预测和验证,是功能基因组研究的一种重要方法。不仅可为基因功能解析提供参考,也可了解基因的表达调节机理,并进一步构建基因表达调控网络。 MYB是人类成髓细胞瘤(myeloblastosis,MYB)转录因子家族的植物直系同源蛋白,参与植物代谢、胁迫应答等众多生长发育过程的转录调控。已有研究表明,玉米MYB特异识别的核心序列是六聚体TAACTG。其中,第三个碱基A具有高度保守性,在MYB识别靶基因中起关键作用。关于拟南芥和水稻等模式植物MYB靶基因的预测与验证近年来已有一些报道。而在玉米基因组中,已经报道并被证实的MYB靶基因只有rd22、CAB、Bz1、Bz2四种。因此,本研究拟在玉米全基因组范围内预测MYB靶基因,克隆上游启动子,用瞬时表达法验证其在玉米中的启动活性,以期为MYB转录因子抗逆机制和调控网络研究提供参考。 在前期研究的基础上,先用Promoter2.0软件搜索玉米全基因组具有功能注释的136,770个基因的启动子,再用Perl语言编写的脚本,结合HexDIFF算法和支持向量机文库(Library for Support Vector Machine,Lib-SVM)构建SVM分类器,从上述启动子序列中搜索出369个MYB转录因子可能的结合序列,将下游编码序列预测为MYB转录因子的靶基因。然后,用GrameneMart导出这些基因的基因本体论注释(Gene Ontology,GO),其中181个预测靶基因具有2575条项GO注释,再用AgriGO进行GO富集分析,发现其中63个预测靶基因的功能与逆境响应相关。 从这63个与逆境响应相关的预测靶基因中,随机选取在Gramene数据库编号为GRMZM2G030181、GRMZM2G081622、GRMZM2G056365、GRMZM2G115698和GRMZM2G310161的5条编码序列,克隆其上游启动子序列,分别插入pBI221质粒,置换GUS基因上游的aMV5S启动子,构建5个野生型单子叶植物瞬时表达载体载体。再通过分段PCR扩增,将每条序列MYB识别核心序列TAACTG中的第三个碱基,由A突变为G,插入pBI221质粒相同位置,置换GUS基因上游的CaMV35S启动子,构建5个突变载体。用两组共10个载体基因枪法转化玉米愈伤组织,在8%甘露醇高渗培养基上,27℃暗培养24 h。组织化学染色结果表明,上述5个基因的野生型和突变型启动子,均可在高渗胁迫条件下驱动GUS基因在玉米愈伤组织中表达。进一步检测GUS酶荧光值与荧光素酶(内参)发光值的比值(GUS/LUC),以此评价野生型与突变型启动子在高渗胁迫条件下的启动活性。结果表明,GRMZM2G030181、GRMZM2G115698和GRMZM2G310161三条编码序列野生型启动子的启动活性显著高于其突变序列,GRMZM2G081622编码序列野生型启动子的启动活性极显著高于其突变序列。然而,序列GRMZM2G056365的野生型启动子,启动活性与其突变型差异不显著,说明MYB转录因子对该序列的调控作用不强。 综上所述,我们所用的方法对转录因子调控启动子及靶基因的预测是可行的,可用以分析转录因子在基因表达调控网络中的作用,为功能基因组研究提供参考。