大豆TOE基因的进化分析及开花调控功能解析

为了进一步解析大豆中重要植物开花和花器官发育调控转录因子AP2的编码基因TOE的进化规律及其对开花功能的调控作用,为大豆TOE基因的功能解析和大豆纬度适应性研究提供基础,本研究利用生物信息学手段对大豆TOE基因进行聚类分析、序列特征分析、染色体区段共线性分析和组织特异性表达分析,预测关键开花基因启动子区段AP2结合位点,并验证不同单倍型大豆开花时间.结果 显示:从PlantTFDB数据库检索到12个大豆TOE基因,GmTOE6b(Glyma.02G087400)为新发现的大豆TOE基因.GmTOE6a和GmTOE6b均只有1个AP2结构域,其余大豆TOE基因均有两个AP2结构域.6个大豆TOE基因与拟南芥TOE1基因聚为一类;2个与拟南芥TOE2基因聚为一类;4个与拟南芥TOE3、AP2聚为一类.12个大豆TOE基因都有且仅有1个miR172靶位点,且该靶位点序列与拟南芥TOE的miR172靶位点序列高度一致.染色体区段共线性分析显示,大豆12个TOE基因按起源方式可以分为3类,6个随大豆基因组复制而产生;4个起源于大豆物种形成之前且与拟南芥TOE基因有共同祖先;2个起源于大豆物种形成之前且与拟南芥TOE基因无共同祖先.大豆开花关键基因GmFT2a和GmFT5a启动子序列中均含有多个AP2结合位点,GmTOE4b和GmTOE5b两个基因均可影响大豆的开花时间.研究结果说明大豆中12个TOE基因极有可能均是miR172的靶基因,虽然其编码蛋白的氨基酸组成非常相似,但它们的进化规律和组织特异性表达规律存在不同,它们在进化过程中可能存在功能分化.GmTOE4b和GmTOE5b可能通过结合GmFT2a和GmFT5a启动子上的顺式元件来调控其基因转录,从而调控开花.

Molecular Evolutionary and Flowering Regulation Function Analysis of TOE Genes in Soybean