棉花mapk基因家族的鉴定与表达
：促分裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase, MAPK）级联途径是真核生物中广泛存在的信号转导途径。促分裂原活化蛋白激酶级联途径由MAPKKK-MAPKK-MAPK 依次磷酸化传递信号,参与植物生长发育和多种生物、非生物胁迫信号转导。MAPK 级联途径各激酶基因家族在不同植物物种中是保守的。棉花是一种重要的经济作物，利用基因工程方法培育棉花抗病新品种已经成为棉花育种的研究热点。本研究将来自不同物种的MAPK家族基因，根据亲缘关系以及其他物种中已经报道的MAPK基因功能对棉花中的MAPK家族基因进行初步鉴定和进化分析。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words 1
引言1
1 材料与方法3
1.1 基因获取3
1.2 序列分析与基因结构预测3
1.3 分子进化树构建3
2 结果3
2.1 序列分析与基因结构预测果3
2.2 GrMPK 的进化树和基因结构分析果4
2.3 亚组归类6
3. 讨论 6
3.1棉花GrMPK 与拟南芥AtMPK的进化分析7
3.2 亚组分析7
致谢7
参考文献7
棉花MAPK基因家族的鉴定与表达
引言
引言
MAPK是普遍存在于真核生物中的一类保守的丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶，它是高等植物中细胞外信号传递过程中一个保守的传感器，参与调控植物个体发育中不同的生物进程，包括细胞正常条件下的增值以及胁迫诱导下植物与环境的相互作用[1]。针对近年来在植物中的研究进展，植物MAPK信号传导网络被认为是关于植物生长和发育过程中对生物因素、非生物应激信号以及形态建成的应答作用。基本的MAPK级联信号传递途径由三个功能互联的蛋白激酶（MAPK；MAPK激酶，MAPKK；MAPK激酶的激酶，MAPKKK）组成[2]。MAPK 的激活需要上游双特异性蛋白激酶(MAPKK)对它的双重磷酸化作用，磷酸化位点是TxY 基序的Thr和Tyr 残基。上游的MAPKKK可使MAPKK中的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
Ser和Ser/Thr) 发生双重磷酸化，从而将其激活。真核生物细胞内存在多条MAPK级联途径，不同的信号有可能通过同一条MAPK传递。另一方面，同一种MAPK可以在不同的信号传递过程的交叉点起作用，即所谓的交叉串通[3]。随着对植物MAPK及MAPK级联途径认识的不断加深，它们在植物各种信号传递过程中的作用引起人们极大的关注。
植物中, 拟南芥全基因组序列测定发现存在21种MAPK, 10种MAPKK, 60种MAPKKK(MAPK group, 2002)。他们将以上发现的激酶与已经鉴定的其他植物(苜蓿、烟草、水稻和大麦等)中的MAPK相关激酶放在一起, 制订了一套分类命名法。目前已从高等植物中分离出50余种MAPK基因, 根据其中保守的TXY基序内氨基酸序列比较, 将其分成TEY和TDY 2个亚型, 其中前者又包括A、B和C 3 个组, 后者为D 组。A 组的MAPK 参与多种生物和非生物胁迫以及激素反应, 如AtSIPK可被损伤、盐、渗透压和病原物衍生的激发子所诱导; B组的MAPK研究的较少,但已证明了它们参与环境胁迫反应和细胞分裂,比如拟南芥的AtMPK4可参加生物和非生物胁迫应答; 关于C组和D组的信息很有限, 仅在微型分析中检测到控制2 4 小时生理节律的AtMPK7表达。根据MAPKK氨基酸线性排列顺序比较, 这10 种MAPKK可以分在4 个组(A、B、C 和D)中,其数量约为MAPK 的一半, 所以不同的信号转导通路之间的“交谈”(crosstalk)可能会集中在这个水平。MAPKKK的成员较多, 共分成3 组(A、B 和C)。A组含有典型的MAPKKK (如MEKK1/STE11/BCK1)激酶结构域, B组和C组的氨基酸序列与Raf激酶有关。MAPK group提出的分类命名法给其他物种中与MAPK有关的各种分子的分类和命名提供了基础, 即可以通过参考拟南芥中激酶序列来推测相关植物中类似分子的作用, 这为进一步的研究提供了指导。
目前已发现MAPK参与的信号传递主要有以下几个方面：
一、MAPK在病原和损伤信号传递中的作用
植物受到真菌、细菌、病毒和类病毒等病原物侵染后，除引起被侵染细胞及其周围细胞死亡形成枯斑外，还能够使感染区以外的组织或器官产生抗病性反应。从外源刺激到抗病反应的产生，是一个典型的信号传递过程，这一过程有MAPKs参与[4]。现在已经鉴定的受病原侵染诱导的MAPK还有烟草的SIPK和WIPK以及荷兰芹的ERMK(elicitor responsive MAP kinase)等多种。
二、MAPK在干旱、高盐和低温信号传递中的作用
干旱、高盐和低温是植物生长发育的主要限制因素。植物为了适应其生长环境，长期以来的进化产生了对这些环境胁迫的防御机制，包括抗逆相关基因的表达和由此引起的细胞成分的改变。植物在环境胁迫刺激下，体内一些蛋白如磷酸酶A、组氨酸激酶、BC) 结合蛋白、钙调素、转录因子的合成增加，通过它们将信号不断传递并放大。从植物中分离到的与干旱、高盐和低温胁迫信号传递有关的MAPK有拟南芥的ATMPK3 和苜蓿的MMK4。ATMPK3基因同时受干旱、高盐或低温诱导，在干旱、高盐或低温胁迫处理条件下，5min内ATMPK3就被诱导表达，1h内显著增强，随后表达持续增加，24h后达高峰值[5]。
三、MAPK在激素信号传递中的作用
激素在植物的生长发育中起重要的调节作用，人们已对植物激素的合成、代谢及生理功能已有较为深入的认识，但对激素信号传递的分子机制尚不太清楚。从一些研究报道分析，MAPK途径参与介导脱落酸（ABA）介导的信号传递，以及生长素和乙烯等植物激素的信号传递。
相对于其他作物来讲，MAPKs 级联途径在棉花逆境信号转导中的研究较少。目前已经从棉花中分离到几个 MAPK 及MAPKK，但是数量较少，并且至今尚未在该作物中发现一条完整的MAPKs 信号通路；同时棉花 MAPKs 在不同逆境处理和信号物质作用下的表达研究也尚未见报告。
1材料和方法
1.1 基因获取
通过Pfam（http://pfam.janelia.org/）找到MAPK类激酶的种子文件PF00069，在棉花雷蒙德氏基因组序列中进行Blast筛选候选基因。用Clustal X 1.83进行比对去除冗余序列。最终得到雷蒙德氏棉基因组序列中28条MAPK序列，根据这28条序列在染色体的位置依次将其命名为128。
1.2 序列分析与基因结构预测
利用生物信息分析软件对MAPK家族28个基因的核苷酸序列、氨基酸序列，长度，基因所在染色体位置，以及该基因定位在具体细胞器中的位置进行分析。
表1: 序列分析所涉及的数据库与软件程序
名称
网址
序列分析与基因结构预测
ORFfider
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words 1
引言1
1 材料与方法3
1.1 基因获取3
1.2 序列分析与基因结构预测3
1.3 分子进化树构建3
2 结果3
2.1 序列分析与基因结构预测果3
2.2 GrMPK 的进化树和基因结构分析果4
2.3 亚组归类6
3. 讨论 6
3.1棉花GrMPK 与拟南芥AtMPK的进化分析7
3.2 亚组分析7
致谢7
参考文献7
棉花MAPK基因家族的鉴定与表达
引言
引言
MAPK是普遍存在于真核生物中的一类保守的丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶，它是高等植物中细胞外信号传递过程中一个保守的传感器，参与调控植物个体发育中不同的生物进程，包括细胞正常条件下的增值以及胁迫诱导下植物与环境的相互作用[1]。针对近年来在植物中的研究进展，植物MAPK信号传导网络被认为是关于植物生长和发育过程中对生物因素、非生物应激信号以及形态建成的应答作用。基本的MAPK级联信号传递途径由三个功能互联的蛋白激酶（MAPK；MAPK激酶，MAPKK；MAPK激酶的激酶，MAPKKK）组成[2]。MAPK 的激活需要上游双特异性蛋白激酶(MAPKK)对它的双重磷酸化作用，磷酸化位点是TxY 基序的Thr和Tyr 残基。上游的MAPKKK可使MAPKK中的
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Ser和Ser/Thr) 发生双重磷酸化，从而将其激活。真核生物细胞内存在多条MAPK级联途径，不同的信号有可能通过同一条MAPK传递。另一方面，同一种MAPK可以在不同的信号传递过程的交叉点起作用，即所谓的交叉串通[3]。随着对植物MAPK及MAPK级联途径认识的不断加深，它们在植物各种信号传递过程中的作用引起人们极大的关注。
植物中, 拟南芥全基因组序列测定发现存在21种MAPK, 10种MAPKK, 60种MAPKKK(MAPK group, 2002)。他们将以上发现的激酶与已经鉴定的其他植物(苜蓿、烟草、水稻和大麦等)中的MAPK相关激酶放在一起, 制订了一套分类命名法。目前已从高等植物中分离出50余种MAPK基因, 根据其中保守的TXY基序内氨基酸序列比较, 将其分成TEY和TDY 2个亚型, 其中前者又包括A、B和C 3 个组, 后者为D 组。A 组的MAPK 参与多种生物和非生物胁迫以及激素反应, 如AtSIPK可被损伤、盐、渗透压和病原物衍生的激发子所诱导; B组的MAPK研究的较少,但已证明了它们参与环境胁迫反应和细胞分裂,比如拟南芥的AtMPK4可参加生物和非生物胁迫应答; 关于C组和D组的信息很有限, 仅在微型分析中检测到控制2 4 小时生理节律的AtMPK7表达。根据MAPKK氨基酸线性排列顺序比较, 这10 种MAPKK可以分在4 个组(A、B、C 和D)中,其数量约为MAPK 的一半, 所以不同的信号转导通路之间的“交谈”(crosstalk)可能会集中在这个水平。MAPKKK的成员较多, 共分成3 组(A、B 和C)。A组含有典型的MAPKKK (如MEKK1/STE11/BCK1)激酶结构域, B组和C组的氨基酸序列与Raf激酶有关。MAPK group提出的分类命名法给其他物种中与MAPK有关的各种分子的分类和命名提供了基础, 即可以通过参考拟南芥中激酶序列来推测相关植物中类似分子的作用, 这为进一步的研究提供了指导。
目前已发现MAPK参与的信号传递主要有以下几个方面：
一、MAPK在病原和损伤信号传递中的作用
植物受到真菌、细菌、病毒和类病毒等病原物侵染后，除引起被侵染细胞及其周围细胞死亡形成枯斑外，还能够使感染区以外的组织或器官产生抗病性反应。从外源刺激到抗病反应的产生，是一个典型的信号传递过程，这一过程有MAPKs参与[4]。现在已经鉴定的受病原侵染诱导的MAPK还有烟草的SIPK和WIPK以及荷兰芹的ERMK(elicitor responsive MAP kinase)等多种。
二、MAPK在干旱、高盐和低温信号传递中的作用
干旱、高盐和低温是植物生长发育的主要限制因素。植物为了适应其生长环境，长期以来的进化产生了对这些环境胁迫的防御机制，包括抗逆相关基因的表达和由此引起的细胞成分的改变。植物在环境胁迫刺激下，体内一些蛋白如磷酸酶A、组氨酸激酶、BC) 结合蛋白、钙调素、转录因子的合成增加，通过它们将信号不断传递并放大。从植物中分离到的与干旱、高盐和低温胁迫信号传递有关的MAPK有拟南芥的ATMPK3 和苜蓿的MMK4。ATMPK3基因同时受干旱、高盐或低温诱导，在干旱、高盐或低温胁迫处理条件下，5min内ATMPK3就被诱导表达，1h内显著增强，随后表达持续增加，24h后达高峰值[5]。
三、MAPK在激素信号传递中的作用
激素在植物的生长发育中起重要的调节作用，人们已对植物激素的合成、代谢及生理功能已有较为深入的认识，但对激素信号传递的分子机制尚不太清楚。从一些研究报道分析，MAPK途径参与介导脱落酸（ABA）介导的信号传递，以及生长素和乙烯等植物激素的信号传递。
相对于其他作物来讲，MAPKs 级联途径在棉花逆境信号转导中的研究较少。目前已经从棉花中分离到几个 MAPK 及MAPKK，但是数量较少，并且至今尚未在该作物中发现一条完整的MAPKs 信号通路；同时棉花 MAPKs 在不同逆境处理和信号物质作用下的表达研究也尚未见报告。
1材料和方法
1.1 基因获取
通过Pfam（http://pfam.janelia.org/）找到MAPK类激酶的种子文件PF00069，在棉花雷蒙德氏基因组序列中进行Blast筛选候选基因。用Clustal X 1.83进行比对去除冗余序列。最终得到雷蒙德氏棉基因组序列中28条MAPK序列，根据这28条序列在染色体的位置依次将其命名为128。
1.2 序列分析与基因结构预测
利用生物信息分析软件对MAPK家族28个基因的核苷酸序列、氨基酸序列，长度，基因所在染色体位置，以及该基因定位在具体细胞器中的位置进行分析。
表1: 序列分析所涉及的数据库与软件程序
名称
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序列分析与基因结构预测
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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
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