大麦中SBP_box基因家族的生物信息学分析文献综述

 2022-08-05 16:19:43

植物SBP基因家族的生物信息学研究进展

摘要：SBP_box是植物特有的一类基因家族，其编码的转录因子广泛存在于大豆，番茄，苹果，葡萄，水稻，玉米，高粱等各种植物中，并参与了这些植物生长发育过程中各类生理生化反应的信号传导。生物信息学作为一门新兴的生命科学与计算科学的前沿交叉学科，在挖掘生物遗传规律和预测基因及蛋白功能上具有突破性作用，因此，本文在SBP基因家族结构、起源与功能特征分析的基础上，综述了基于生物信息学的应用，植物SBP基因家族的研究进展，以期为其他植物物种中SBP基因家族的生物信息学分析提供思路。

关键字：SBP基因家族； 转录因子； 特征和规律； 生物信息学

前言：植物中，转录因子在调控植物防卫病原微生物和响应环境胁迫，以及形成一些特殊的器官(如花)中发挥着重要作用。其中SBP_box编码的SBP转录因子广泛存在于绿色植物中。代法国等研究表明，SBP转录因子具体参与了叶的形态构建，花的形成及其后期发育，环境信号的应答[1]，在植物体内外环境响应及形态构建中扮演着重要角色。

生物信息学作为生命科学领域中一门新兴的学科，是一种利用计算机的大数据处理能力，对生物信息进行储存，检索，分析的科学，其在面对基因组学，蛋白质组学等庞大的生物学信息上面有着突出的优势，在大豆NAC基因家族[2]，PIGR与MYB基因家族[3]，梅花bZIP基因家族[4]，高粱SAP基因家族[5]等的相关研究中均已取得重大成就。其携有序列比对，功能基因组的建模，蛋白质空间结构的模拟和蛋白质功能的预测等分析手段，并可依此来进行药物设计与评估等一系列的社会应用的研发，因此，生物信息学无疑是21世纪生物科学的核心领域之一。本综述主要介绍生物信息学在SBP基因家族的研究进展。

植物SBP_box基因研究现状

  1. SBP基因家族的结构特征

SBP基因家族的成员分布于不同的染色体上，不同基因成员具有不同个数的外显子[6]，SBP基因编码的转录因子含有一个非常保守的SBP区域，该区域包含一个新的锌指结构和一个核定位信号[1]，不同于其他锌指结构的交错模式，这种模式仅为绿色植物拥有。DNA结合域是转录因子进行识别并结合DNA的一段氨基酸序列，典型转录因子的DNA结合域只有一个，少数则不含DNA结合区和转录调控区。

  1. SBP基因家族的生物学功能

对于SBP基因家族的功能一直都是人们研究的重点方向，但这方面的研究仍留有空缺。综合而言，SBP基因家族在植物的形态构建和发育方面，其活跃于植物枝干的生长，花，叶，和果实等器官的形成，Cardon等和Unte等的研究表明SPL3和SPL8在拟南芥中能够分别影响植株的成花转变和花粉囊的发育；在调控方面，其参与植物生理生化的信号传导，以此来对植物的生理生化反应进行调控，朱红霞等在分析大豆SBP基因家族中发现，SBP转录因子参与了逆境胁迫响应，激素应答，抗霉菌应答，光合作用等调控过程[6]。

此外，近年来，有越来越多的研究表明 SBP基因在生物胁迫如病原菌侵染过程中，非生物胁迫如低温、干旱等过程中，以及激素介导的信号转导过程中也起到了很大的作用[13]。

  1. SBP 基因家族的起源

SBP_box基因广泛存在于绿色植物中。最初的SBP_box基因是由Klein等为了研究花形成通路的基因调控网络在金鱼草中发现的，因其能识别并结合 MAD-box基因SQUAMOSA (SQUA)启动子而被命名为Squamosa promoter binding protein（SBP）之后，在拟南芥等其它植物中均发现存在SBP-box基因家族成员，由于多数基因尚未进行功能鉴定，Cardon等将它们称为类SBP (SQUAMOSA promoter binding-like，SPL)基因[7]。随后Kropat等发现，在非种子植物衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)中的铜应答调控子1(copper response regu-lator 1, CRR1)基因编码的蛋白能够识别GTAC的核心基序，也含典型的SBP结构域。Manning 等发现，控制番茄果实成熟的关键基因CNR (colorless non-ripening)是一个 SBP 基因(Le SPL-CNR)。Yang等在水稻中也分离到19个SBP基因[1]。随着SBP基因的广泛发现，人们对 SBP基因结构和功能的研究也更加深入。

生物信息学分析

  1. 生物信息学的原理及方法

在生物信息学的研究中，以基因组DNA序列信息作为源头，在获取蛋白质编码区信息后，对蛋白质的空间结构和功能进行模拟和预测。一个非常重要的概念——直系同源(ortholog)，它是指在两个或两个以上的物种中的某个基因由同一个共同的祖先通过物种形成的进化过程而来，通常也叫做直系同源基因。因此，在同一直系同源族中，若其中的一个基因或蛋白质的功能已知的话，则其他基因或蛋白质的功能可根据已知的基因或蛋白质的功能进行注释。

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