玉米器官大小相關基因SMO2的鑒定和特征分析

摘 要：利用生物信息學方法，從玉米基因組中鑒定出一個與擬南芥的SMO2基因同源的基因，并對這個基因的染色體分布、遺傳進化、順式調控元件等進行了分析，以期為該基因的克隆及功能研究提供有益信息。

關鍵詞：玉米；SMO2基因；遺傳進化；順式元件

中圖分類號：Q781文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）03-0004-03

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Key words Zea mays L.； SMO2； phylogeny； cis-elements

玉米作為我國最重要的糧食作物之一和典型的C4類模式植物，雜種優勢強，產量高，在糧食生產和單子葉植物功能基因組學研究中具有重要地位。隨著水土資源的日益匱乏和糧食需求的日益增加，糧食安全問題日益突出。如何提高農作物的產量，是我國迫切需要解決的重大課題。從作物自身的遺傳因素入手，解析影響產量形成的遺傳因子及其作用機理，是進行農作物產量遺傳改良的重要基礎[10]。近年來多個植物器官大小和產量相關基因被克隆，如ARGOS、DA1、ARF2、SMO2、DEP1、GW5、GW2、GS3等[1，2，4，6，8，11，14～21]，玉米中已克隆的與器官大小和產量相關的基因有CNR1、GS3、GW2等[3，5，12，13]。

SMO2是擬南芥中控制器官大小的正調控因子，這個基因突變以后擬南芥植株地上部變小，根系變短，細胞分裂的速度降低；另外還調控種子萌發和ABA的應答，該基因突變后擬南芥種子萌發延遲，對ABA超敏感，過量表達SMO2基因降低擬南芥種子對ABA的敏感性[6，7]。目前，有關SMO2的研究在單子葉植物中還未見報道。本試驗利用比較基因組學的方法從玉米中鑒定出一個與擬南芥SMO2基因同源的序列，并對這個基因的染色體分布、遺傳進化和順式調控元件進行了分析，為進一步克隆和研究其在玉米生長發育中的功能奠定了基礎。

1 研究方法

利用擬南芥SMO2基因序列在GenBank中搜索比對玉米的基因組序列 （http：//blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi），尋找玉米SMO2基因序列，并對它的染色體分布、遺傳進化和順式元件進行分析。遺傳進化分析利用MEGA4.1進行，采用Bootstrap test-Neighbor Joining 方法，重復500次運算，順式元件預測采用PlantCARE軟件進行在線分析。亞細胞定位預測在WoLF PSORT （http：//wolfpsort.org/） 中進行。

2 結果與分析

2.1 玉米SMO2基因的鑒定和遺傳進化分析

利用擬南芥SMO2基因序列在GenBank中搜索比對玉米的基因組序列，結果在玉米的2號染色體上發現了一個SMO2類似序列，位于人工細菌染色體文庫克隆AC210087.3中（見表1）。它沒有內含子，編碼區為396 bp，預測編碼的蛋白定位到細胞質中。序列分析表明，ZmSMO2與AtSMO2的序列一致性為51.15%，而與SbSMO2的序列一致性高達96.95%，與水稻的序列一致性為69.92%，與小麥的序列一致性為74.44%。不同物種SMO2遺傳進化分析也表明，玉米和高粱的SMO2關系最近，同屬一個分支，與小麥、水稻等的關系較遠，但同在一個類群。而雙子葉植物擬南芥、番茄、蒺藜狀苜蓿等的SMO2與單子葉植物的SMO2關系較遠，分在另一個類群（見圖1）。

2.2 玉米SMO2基因的順式調控元件分析和功能預測

順式調控元件分析表明，玉米的SMO2基因啟動子及上游序列中含有ABA應答元件ABRE 3個，茉莉酸甲酯應答元件CGTCA-motif 3個，赤霉素應答元件GARE-motif 2個和TATC-box 1個， 熱脅迫應答元件HSE 1個， 干旱應答元件MBS 1個， 水楊酸應答元件TCA-element 3個，還有生長素應答元件TGA-element 2個。生長素、赤霉素、茉莉酸甲酯都和植物的生長發育相關，而ABA和水楊酸與植物的非生物逆境應答、種子萌發和生物脅迫應答有關。根據以上分析，本試驗認為玉米SMO2基因與AtSMO2具有相似的功能，參與了細胞分裂和器官發育、ABA應答、種子萌發和逆境應答過程，值得深入探討研究。

3 結論

本試驗利用生物信息學方法，從玉米的基因組中鑒定出一個與擬南芥器官大小相關基因SMO2同源的基因。它不含內含子；系統進化分析表明它與高粱SMO2的相似性最高，與小麥、高粱、大麥等的SMO2位于同一類群；順式元件分析表明，玉米的SMO2基因上游序列含有多個激素和逆境應答元件，可能參與多個玉米生長發育過程。本試驗為進一步克隆和研究玉米SMO2的功能奠定了基礎。

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