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大多数高等植物,其内在的生物钟机制明显的控制着自身的许多生理生化反应,如花期转化,叶片运动,气孔闭合,种子萌发等。关于生物钟调控模型及其作用机制的研究已有不少积累,其中以双子叶植物之模式植物拟南芥的研究最为详实,相对于豆科而言,相关知识还知之甚少。本研究采用比较基因组学和基因存在原理(Geneontology,GO)生以拟南芥基因组信息为主要数据来源对豆科植物之生物钟调控基因网络进行了解析,试图建立豆科植物生物钟调控之基因网络和模式。
基于Geneontology(GO)注释和最新的文献我们获得了拟南芥50个构成生物钟调控网络的关键基因,这些基因涉及红光、远红外光反应,蓝光光反应和温度等生物钟输入部分,中央振荡器以及生物钟输出等方面。利用大豆及其豆科模式植物蒺藜苜蓿、百脉根基因组数据,在全基因组水平上鉴定豆科植物生物钟调控途径相关的候选基因。在大豆基因组中鉴定出108个相关候选基因,百脉根基因组中51个相关候选基因,蒺藜苜蓿基因组中34个相关候选基因。分析表明,与拟南芥生物钟信号传导途径相关的一些基因,如控制开花的关键性基因CO基因,在豆科的3个物种的预测蛋白质数据库中未能有匹配的直系同源序列。
我们根据鉴定的直系同源基因的候选基因构建了26个分子进化树,并结合功能结构域和多序列联配的结果,对这些候选基因的功能,进化趋势进行了分析。分析表明,生物钟调控途径在拟南芥和豆科的3个物种中发生了不同程度的分化,尤其是在一些关键性的成分,如生物钟的中央振荡器的LHY,CHE基因。百脉根和蒺藜苜蓿和拟南芥的生物钟调控网络相关基因的分化程度要显著大于大豆和拟南芥之间的分化程度,这可能是由于大豆在进化过程中存在不少的基因组重组进化事件的缘故。
基于大豆LHY候选基因,我们设计了相应的引物,用RT-PCR方法在大豆栽培种中扩增LHY基因。获得了GmLHY2基因,其ORF全长为2250bp,编码749个氨基酸。本研究进一步构建了PGEX-GmLHY2表达载体,并在大肠杆菌中进行原核表达,结果表明,GmLHY2基因表达的蛋白的分子量约为100KDa。