木薯Mlo基因家族成员的鉴定及其序列特征分析

Mlo基因家族是植物重要的抗病基因。本文通过系统分析木薯基因组数据库,从中共鉴定出21个Mlo成员,其中20个具有完整序列,1个只有部分序列。对其中20个具有完整序列的基因与其他物种的Mlo基因进行聚类关系分析,结果显示,可将木薯Mlo基因家族分为6类(I^VI),其中4类都包括有来自拟南芥的Mlo基因,第VI类只包括2个木薯Mlo基因,可能是木薯中特有的一类Mlo;6个木薯Mlo与已知的抗病Mlo基因分别聚在第IV和第V类,这6个基因可能是木薯基因组中具有抗病功能的Mlo。对所有的木薯Mlo蛋白进行结构分析发现,除了MeMlo20外,其他蛋白均具有6~8个跨膜结构,其中3个蛋白具有N端信号肽。

全基因组水平上芸薹属Mlo抗病基因的比较分析

为揭示植物广谱抗病机制,创造优良的抗白粉病新抗源,了解芸薹属全基因组水平的MLO基因家族,利用保守结构域的隐马模型,分析拟南芥、白菜、甘蓝和油菜中123个MLO类型抗病基因。进化分析发现,拟南芥和芸薹属物种Mlo抗病基因的进化树非常清晰地分成3个亚组。关系分析显示,拟南芥Mlo3和Mlo9基因在芸薹属物种中并没有找到对应的同源基因。通过跨膜结构域分析发现,71个MLO类型抗病基因有超过7个跨膜结构域,且包含超过12个外显子结构。这些基因符合MLO类型抗病基因的典型特征,可能是四个物种中主要的功能基因。通过对71个Mlo抗病基因的保守结构域分析发现,四个物种中均含有1个共有的保守氨基酸序列(长度462aa),这段保守的氨基酸序列可能是Mlo基因的主要功能序列。除了Mlo3和Mlo9,其余Mlo基因都发生了不同程度的扩张。

不同植物Mlo基因全基因组鉴定及系统进化分析

Mlo作为一类广谱抗病因子,参与植物多种生物与非生物胁迫反应。为研究不同物种Mlo基因的基本特征及进化关系,选取已测序的29种代表性植物,利用生物信息学方法对其进行鉴定及系统进化分析。结果显示:共有198个植物Mlo基因被鉴定,各基因具有11~14个外显子,编码400~600个氨基酸,翻译碱性疏水性稳定蛋白,部分Mlo含信号肽和钙调素结合区,绝大多数Mlo定位于细胞膜,含5~7个跨膜螺旋结构。基序分析发现,10个保守基序长21~50个氨基酸。染色体定位发现174个Mlo不均衡地散布于不同染色体或scaffold上,且主要位于两端,形成19个(24.1%)基因簇、5对(5.7%)串联重复和61对(36.2%)片段重复。系统聚类可将164个Mlo分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区组,被子植物Mlo主要聚在ⅠA组,江南卷柏Mlo聚在ⅠA和ⅢB组,小立碗藓Mlo聚在ⅠB和ⅢA组,几乎所有藻类Mlo聚在Ⅱ组。同源性分析发现52.4%的Mlo以同源基因形式存在,包括25对直系同源基因和28对旁系同源基因,其Ka/Ks值为0.01~0.78,说明进化中主要受到纯化选择。研究表明植物Mlo基因家族较保守,具有成簇存在的特点,在进化过程中经重复扩张,形成了大量同源基因,同时也发生了不同程度的丢失,结果为相关基因分离及植物抗病育种应用提供了理论依据。

Mlo基因在葡萄抗白腐病中作用的研究

Mlo转录因子是植物抗病反应中一类重要的负调控因子。试验通过对葡萄(Vitis vinifera)VvMlo基因家族成员的基本特征、基因结构、染色体位置、蛋白结构进行分析,结合其他作物已报道的抗病相关Mlo基因构建系统进化树,推断与葡萄抗病机制相关的Mlo基因。另以抗病刺葡萄(V.davidii)品种‘刺葡萄0943’和感病葡萄(V.vinifera)品种‘美人指’为材料,分析不同材料Mlo基因的表达量,获得对白腐菌黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)有响应的Mlo基因。结果显示:抗白粉病的拟南芥Mlo基因(AtMlo2、AtMlo6、AtMlo12)、番茄(Solanum lycopersicum)SlMlo1基因以及葡萄Mlo基因(VvMlo3、VvMlo6、VvMlo9.1、VvMlo13.1、VvMlo13.2、VvMlo17)聚在第IV组。第IV组中的‘刺葡萄0943’和‘美人指’Mlo基因在接种白腐菌后有不同的响应。此外,在白腐菌侵染过程中,第VI组中VvMlo15的表达量明显高于VdMlo15,且在整个接菌过程中VvMlo15对白腐菌侵染有响应,VdMlo15对白腐菌几乎无响应。VvMlo15的基因结构、蛋白结构、分子质量、等电点、跨膜结构等特点也与第IV组中的VvMlo基因特点更相似。综合推测,VdMlo15在葡萄抗白腐病方面可能具有重要作用。