疫霉菌bhlh家族转录因子的生物信息学分析
疫霉菌属于卵菌，是一类重要的植物病原菌，可引起多种毁灭性植物病害，在全球范围内造成巨大的经济损失。bHLH（basic Helix-Loop-Helix，碱性螺旋-环-螺旋）家族转录因子在动物、植物、真菌等真核生物中普遍存在，在植物中对生长发育、响应逆境胁迫和次生代谢等方面具有重要作用。而在疫霉菌中，bHLH转录因子尚未得到研究。本研究文章根据已公布的疫霉菌等物种的基因组数据，利用序列搜索软件SeqHunter（BLAST方法）与HMMER（隐马尔可夫模型法）、功能域预测软件（NCBI-CDD、PFAM、SMART）等鉴定了疫霉菌中的候选bHLH转录因子编码基因，应用进化树构建软件MEGA分析了这些基因之间的同源关系，并利用基因表达谱数据大豆疫霉中的bHLH候选基因对转录模式分析，从而推测这些bHLH转录因子可能参与调控的发育或致病过程。以上研究结果为进一步研究疫霉菌中bHLH家族转录因子的生物学功能奠定了基础。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1材料 2
1.11基因组序列来源 3
1.12生物信息学分析3
1.2方法 3
1.21基因预测 3
1.22blastp搜索3
1.23内含子分析3
1.24多序列比对3
1.23构建进化树4
1.24基因的转录分析4
2 结果与分析4
2.1 基因的生物信息学预测4
2.2 基因的功能域分析4
2.3 基因进化关系分析5
2.4 基因的转录模式分析6
3讨论 8
致谢9
参考文献10
疫霉菌bHLH家族转录因子的生物信息学分析
引言
引言
卵菌(oomycetes)是一类形态上与真菌相似，但进化上与真菌不同的特殊微生物[1]。具有独特分类地位的群体，由于表现出丝状等特性传统上被划分到真菌界中，随着学科的发展，卵菌纲早已从真菌中划分到藻界或茸鞭生物界[2]。近年来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
，随着基因组学理论和技术的发展，大量的卵菌基因组相关的数据库被建立，其中包括许多植物病原菌，特别是疫霉菌(Phytophthora)、腐霉菌(Pythium)、霜霉菌(Downy mildew)等均是重要植物病原菌，它们都可引起多种毁灭性的植物病害，在全球范围内造成巨大的经济损失，例如19世纪引起爱尔兰大饥荒的致病疫霉菌（Phytophthora infestans），现每年给全球仍造成数十亿美元的损失[3]，而为了控制该群病原生物所致病害，世界各国的真菌学和植物病理学工作者从不同角度对疫霉菌进行了大量地研究，但由于从寄主植物中难以获得抗性持久的抗源，而且缺乏针对卵菌的有效杀菌剂，因此长期以来人们很难控制卵菌引起的植物病害。
转录因子是一种能够与生物基因发生特异性相互作用，通过结合到目标基因的启动子区，对转录有激活或抑制作用的DNA结合蛋白[4]，它也被称做反式作用因子[5]。转录因子因其序列和结构的多样性决定了其功能的多样性，截至目前，已经鉴定出的高等植物转录因子就已超过100余种[6]，它们对基因表达具有重要的调控作用，在植物中，它们不仅对植物体的生长发育和形态建成等生理活动中发挥重要的调控作用[7]，而且还与植物体的次生代谢和抗逆反应密切相关。
碱性螺旋环螺旋（basic helixloophelix，bHLH）转录因子是已知最大的转录因子家族之一，广泛的存在于真核生物当中，是一类重要的转录因子。它最早是在小鼠的肌肉中被发现[8]，由于这类蛋白共同含有保守性很高的bHLH区域，所以命名为bHLH蛋白，其通过特定的氨基酸残基与靶基因相互作用，进而调节相关基因的表达。其含有一个非常保守的bHLH基序，基序约含60个氨基酸[9]，包含两个功能不同的区域，分别是碱性区域和螺旋环螺旋(HLH)区域。碱性区域位于bHLH结构域的N端与HLH基序相邻，由大约15个氨基酸组成，其中包括6个共有氨基酸残基，该区域主要与DNA结合有关[10]，螺旋环螺旋区域位于bHLH结构域的C端，其中含有既亲水又亲脂α螺旋，两个α螺旋之间被不同长度的连接区(环)分开，形成螺旋环螺旋结构，同一个bHLH转录因子的两个α螺旋或不同bHLH转录因子α螺旋之间可以相互作用，形成同源或异源二聚体[11]，从而与靶基因启动子的不同部位相结合，对基因的转录发挥调控作用。
自从1989年第一个bHLH蛋白结构被解析以来[12]，迄今为止已经有20种生物基因组中的bHLH家族的成员得到鉴定，其中动物17种、植物2种、酵母1种[13]。研究表明，bHLH家族的成员在植物和生物的生长发育调控过程中都起着极为重要的作用[14]，在植物中，它们参与了植物的生长发育，其中包括毛状体的发生、光形态建成和光信号转导[15]。在动物中，bHLH转录因子参与调控神经元发生、肌细胞生成、血细胞生成、性别决定和肠组织发育等。
除此之外，bHLH家族在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面也具有非常重要的作用，可调控植物体感受低温、高盐、激素和病原等信号相关基因的表达[16]。bHLH转录因子在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面的已知成员包括ICEl、OrbHLH2、FIT等。其中ICEl可在低温情况下能够特异地结合CBF3启动子中的MYC作用元件，诱导CBF3的表达，诱导下游一系列冷诱导基因的表达，继而提高转基因植株的抗寒性[17]。OrbHLH2基因编码蛋白能够增强转基因植株的耐盐性及渗透胁迫抗性，但是该基因的过表达不能增强植株的耐冷性，说明该基因与ICEI的代谢途径不同。此外拟南芥中FIT基因也通过调节三价铁还原酶FRO2和二价铁转运蛋白IRTI的表达，维持铁离子平衡应答铁缺乏胁迫[18]。
本研究利用生物信息学技术，从转录因子入手，探索bHLH转录因子功能域，明确其在病菌致病过程中的功能，了解机理，对于进一步认识和防治植物病害具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料
1.11 基因组序列来源
大豆疫霉（Phytophthora sojae）、辣椒疫霉（Phytophthora capsici）、橡树疫霉（Phytophthora ramorum）的基因组序列从JGI数据库获取；稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）、致病疫霉（Phytophthora infestans）、寄生疫霉（Phytophthora parasitica）、大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）的基因组序列从Broad数据库获取；拟南芥霜霉（Hyaloperonospora arabidopsis）的基因组序列从VMD数据库获取。
1.12 生物信息学分析软件
（1）SeqHunter2：SeqHunter是一款利用Microsoft Visual Basic 6.0脚本开发的在Windows平台下使用的生物信息学软件包，在本研究中，我主要利用此软件进行序列的Blast比对和分析。
（2）IGV：Integrative Genomics Viewer(IGV) 是一种探索大型综合基因组数据的高性能交互式可视化工具[19]，它支持各种各样的数据类型，包括基于芯片测序、二代测序数据和基因组注释数据等。从http://www.biosoft.net/format/igv.htm网站下载，在此研究中我主要利用此软件进行内含子、外显子的观察及其基因校正。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1材料 2
1.11基因组序列来源 3
1.12生物信息学分析3
1.2方法 3
1.21基因预测 3
1.22blastp搜索3
1.23内含子分析3
1.24多序列比对3
1.23构建进化树4
1.24基因的转录分析4
2 结果与分析4
2.1 基因的生物信息学预测4
2.2 基因的功能域分析4
2.3 基因进化关系分析5
2.4 基因的转录模式分析6
3讨论 8
致谢9
参考文献10
疫霉菌bHLH家族转录因子的生物信息学分析
引言
引言
卵菌(oomycetes)是一类形态上与真菌相似，但进化上与真菌不同的特殊微生物[1]。具有独特分类地位的群体，由于表现出丝状等特性传统上被划分到真菌界中，随着学科的发展，卵菌纲早已从真菌中划分到藻界或茸鞭生物界[2]。近年来 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
，随着基因组学理论和技术的发展，大量的卵菌基因组相关的数据库被建立，其中包括许多植物病原菌，特别是疫霉菌(Phytophthora)、腐霉菌(Pythium)、霜霉菌(Downy mildew)等均是重要植物病原菌，它们都可引起多种毁灭性的植物病害，在全球范围内造成巨大的经济损失，例如19世纪引起爱尔兰大饥荒的致病疫霉菌（Phytophthora infestans），现每年给全球仍造成数十亿美元的损失[3]，而为了控制该群病原生物所致病害，世界各国的真菌学和植物病理学工作者从不同角度对疫霉菌进行了大量地研究，但由于从寄主植物中难以获得抗性持久的抗源，而且缺乏针对卵菌的有效杀菌剂，因此长期以来人们很难控制卵菌引起的植物病害。
转录因子是一种能够与生物基因发生特异性相互作用，通过结合到目标基因的启动子区，对转录有激活或抑制作用的DNA结合蛋白[4]，它也被称做反式作用因子[5]。转录因子因其序列和结构的多样性决定了其功能的多样性，截至目前，已经鉴定出的高等植物转录因子就已超过100余种[6]，它们对基因表达具有重要的调控作用，在植物中，它们不仅对植物体的生长发育和形态建成等生理活动中发挥重要的调控作用[7]，而且还与植物体的次生代谢和抗逆反应密切相关。
碱性螺旋环螺旋（basic helixloophelix，bHLH）转录因子是已知最大的转录因子家族之一，广泛的存在于真核生物当中，是一类重要的转录因子。它最早是在小鼠的肌肉中被发现[8]，由于这类蛋白共同含有保守性很高的bHLH区域，所以命名为bHLH蛋白，其通过特定的氨基酸残基与靶基因相互作用，进而调节相关基因的表达。其含有一个非常保守的bHLH基序，基序约含60个氨基酸[9]，包含两个功能不同的区域，分别是碱性区域和螺旋环螺旋(HLH)区域。碱性区域位于bHLH结构域的N端与HLH基序相邻，由大约15个氨基酸组成，其中包括6个共有氨基酸残基，该区域主要与DNA结合有关[10]，螺旋环螺旋区域位于bHLH结构域的C端，其中含有既亲水又亲脂α螺旋，两个α螺旋之间被不同长度的连接区(环)分开，形成螺旋环螺旋结构，同一个bHLH转录因子的两个α螺旋或不同bHLH转录因子α螺旋之间可以相互作用，形成同源或异源二聚体[11]，从而与靶基因启动子的不同部位相结合，对基因的转录发挥调控作用。
自从1989年第一个bHLH蛋白结构被解析以来[12]，迄今为止已经有20种生物基因组中的bHLH家族的成员得到鉴定，其中动物17种、植物2种、酵母1种[13]。研究表明，bHLH家族的成员在植物和生物的生长发育调控过程中都起着极为重要的作用[14]，在植物中，它们参与了植物的生长发育，其中包括毛状体的发生、光形态建成和光信号转导[15]。在动物中，bHLH转录因子参与调控神经元发生、肌细胞生成、血细胞生成、性别决定和肠组织发育等。
除此之外，bHLH家族在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面也具有非常重要的作用，可调控植物体感受低温、高盐、激素和病原等信号相关基因的表达[16]。bHLH转录因子在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面的已知成员包括ICEl、OrbHLH2、FIT等。其中ICEl可在低温情况下能够特异地结合CBF3启动子中的MYC作用元件，诱导CBF3的表达，诱导下游一系列冷诱导基因的表达，继而提高转基因植株的抗寒性[17]。OrbHLH2基因编码蛋白能够增强转基因植株的耐盐性及渗透胁迫抗性，但是该基因的过表达不能增强植株的耐冷性，说明该基因与ICEI的代谢途径不同。此外拟南芥中FIT基因也通过调节三价铁还原酶FRO2和二价铁转运蛋白IRTI的表达，维持铁离子平衡应答铁缺乏胁迫[18]。
本研究利用生物信息学技术，从转录因子入手，探索bHLH转录因子功能域，明确其在病菌致病过程中的功能，了解机理，对于进一步认识和防治植物病害具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料
1.11 基因组序列来源
大豆疫霉（Phytophthora sojae）、辣椒疫霉（Phytophthora capsici）、橡树疫霉（Phytophthora ramorum）的基因组序列从JGI数据库获取；稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）、致病疫霉（Phytophthora infestans）、寄生疫霉（Phytophthora parasitica）、大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）的基因组序列从Broad数据库获取；拟南芥霜霉（Hyaloperonospora arabidopsis）的基因组序列从VMD数据库获取。
1.12 生物信息学分析软件
（1）SeqHunter2：SeqHunter是一款利用Microsoft Visual Basic 6.0脚本开发的在Windows平台下使用的生物信息学软件包，在本研究中，我主要利用此软件进行序列的Blast比对和分析。
（2）IGV：Integrative Genomics Viewer(IGV) 是一种探索大型综合基因组数据的高性能交互式可视化工具[19]，它支持各种各样的数据类型，包括基于芯片测序、二代测序数据和基因组注释数据等。从http://www.biosoft.net/format/igv.htm网站下载，在此研究中我主要利用此软件进行内含子、外显子的观察及其基因校正。
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