高粱FAD基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

摘要

脂肪酸去饱和酶（FAD）通过催化脂肪酸酰基链双键形成调控不饱和脂肪酸合成，在植物生长发育及逆境响应中发挥重要作用。为解析高粱FAD基因家族的分子特征，基于水稻20个FAD蛋白序列，采用Blastp与隐马尔可夫模型（HMM）联合筛选，从高粱基因组中鉴定出24个SbFAD基因家族成员，并系统开展生物信息学分析。结果表明，24个SbFAD基因不均匀分布于9条染色体上，其中，第1、2、4号染色体分布密度最高（各含4个成员）；蛋白理化特性分析表明，SbFAD蛋白氨基酸残基数为325～480个，理论等电点（pI）为5.26～9.33，多数呈亲水性；系统进化分析结果揭示，SbFAD蛋白与水稻同源基因高度保守，且同一亚家族成员具有相似的保守基序；基因结构呈现显著差异，外显子数量2～10个，其中，SbFAD21含10个外显子；所有成员蛋白均含典型FAD结构域，SbFAD06、SbFAD09额外携带细胞色素b5(Cyt-b5)结构域；亚细胞定位预测结果显示，主要定位于叶绿体与质膜，二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主；基因复制分析结果提示，片段重复事件参与家族扩增，且与玉米、水稻FADs呈现高度同源；启动子区富集激素响应、非生物胁迫及发育相关顺式作用元件；表达谱分析结果显示，热图聚类Ⅰ的6个成员在高粱全生育期及多组织中广泛表达。文章系统阐明了高粱FAD基因家族进化特征与功能分化模式。

关键词

高粱 / 脂肪酸去饱和酶 / 隐马尔可夫模型 / 基因家族 / 亚细胞定位