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甘蔗Ty3-gypsy类逆转座子RT基因的克隆及分析

刘俊仙 刘菁 阳太亿 高轶静 段维兴 雷敬超 刘丽敏 刘红坚 张荣华 何为中 李松 熊发前

刘俊仙,刘菁,阳太亿,等. 甘蔗Ty3-gypsy类逆转座子RT基因的克隆及分析 [J]. 福建农业学报,2021,36(9):989−998 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.09.001
引用本文: 刘俊仙,刘菁,阳太亿,等. 甘蔗Ty3-gypsy类逆转座子RT基因的克隆及分析 [J]. 福建农业学报,2021,36(9):989−998 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.09.001
LIU J X, LIU J, YANG T Y, et al. Cloning and Analysis of Reverse Transcriptase Gene of Ty3-gypsy-like Retrotransposons in Sugarcane [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2021,36(9):989−998 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.09.001
Citation: LIU J X, LIU J, YANG T Y, et al. Cloning and Analysis of Reverse Transcriptase Gene of Ty3-gypsy-like Retrotransposons in Sugarcane [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2021,36(9):989−998 doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.09.001

甘蔗Ty3-gypsy类逆转座子RT基因的克隆及分析

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2021.09.001
基金项目: 国家自然科学基金项目(31960416、31960409);广西自然科学基金项目(2018GXNSFDA294004、2018GXNSFDA281027、2020GXNSFAA297081);广西农业科学院科技发展基金项目(桂农科31960416)
详细信息
    作者简介:

    刘俊仙(1982−),女,硕士,副研究员,研究方向:甘蔗生物技术与分子生物学(E-mail:liujunxian868@163.com

    通讯作者:

    熊发前(1983−),男,硕士,研究员,研究方向:植物分子生物学(E-mail:xfq2002@126.com

  • 中图分类号: S 566.1

Cloning and Analysis of Reverse Transcriptase Gene of Ty3-gypsy-like Retrotransposons in Sugarcane

  • 摘要:   目的  从甘蔗基因组中分离Ty3-gypsy类逆转座子的RT基因序列,分析序列的特点、差异及系统进化关系,为研究其转录活性和调控功能奠定基础。  方法  根据Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列的保守区设计简并引物,对甘蔗品种新台糖22的基因组DNA进行PCR扩增,目的条带经回收、克隆和测序后,对所获得序列进行生物信息学分析。  结果  目的条带大小约430 bp,成功分离到36条RT基因序列,只有1条序列的长度为430 bp,其余序列的长度均为432 bp,AT所占比为56.71%~64.81%,AT与GC比值为1.31~1.84;核苷酸序列间相似性为46.2%~99.3%。聚类分析后,36条RT基因序列被划分为5个家族,家族Ⅰ和家族Ⅳ是包含序列最多的家族。翻译后,有6条序列发生了无义突变;氨基酸序列间相似性为10.1%~100%,呈现高度异质性;36条RT基因序列中的34条序列的保守基序完全一致,呈现高度保守性。各家族中代表序列的蛋白质三级结构整体构型基本类似,但在氢键数和转角数上存在着较大差别,呈现一定异质性和多态性。系统进化树显示,所有RT基因序列被分为7类,Ⅰ类中的18条甘蔗RT基因序列与拟南芥的BAB40828.1具有较高相似性,Ⅶ类中的SoRT3-26与大豆的BAB40834.1、菠菜的BAB40833.1和粳稻的BAB40824.1的亲缘关系最近,暗示在进化过程中甘蔗与这些物种植物之间可能发生了Ty3-gypsy类逆转座子的横向传递;通过比对甘蔗EST数据库,发现了10条具有转录活性的甘蔗品种新台糖22的Ty3-gypsy类逆转座子。  结论  获得甘蔗Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列及其具有转录活性序列,为下一步分离Ty3-gypsy类逆转座子全长序列及研究Ty3-gypsy类逆转座子转录转座活性和功能提供序列基础,也为开发甘蔗LTR逆转座子的分子标记奠定基础。
  • 图  1  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因的PCR扩增

    注:M,DL2 000 marker;1,新台糖22。

    Figure  1.  PCR amplification of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    Note: M, DL2 000 marker, 1, ROC22.

    图  2  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列多重比对

    Figure  2.  Multiple alignment of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    图  3  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列比对logo

    Figure  3.  Alignment logo of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    图  4  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列遗传进化树

    注:树枝节点处的数值表示1 000次重复得到的自展值,树枝长度代表以邻接法估算出来的遗传距离。

    Figure  4.  Phylogenetic tree of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    Note: data shown at branch nodes are bootstrap support from 1 000 replications. Branch lengths are proportional to genetic distances as estimated by neighbor-joining method.

    图  5  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因氨基酸序列的多重比对

    注:*,终止密码子;−,优化联配产生的缺口。

    Figure  5.  Multiple alignment of amino acid sequences of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    Note: * stop code; − gaps introduced for optimal alignment.

    图  6  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因蛋白质的二级结构(A)与三级结构(B)

    Figure  6.  Secondary (A) and tertiary (B) protein structures of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposon

    图  7  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因保守基序预测

    Figure  7.  Predicted conservative motifs of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    图  8  甘蔗与部分其他物种植物Ty3-gypsy类逆转座子RT基因的氨基酸序列系统进化树

    Figure  8.  Phylogenetic tree of amino acid sequences of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons from sugarcane and some other plant species

    表  1  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列的基本信息

    Table  1.   Basic information on RT gene of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    序列编号
    Sequence No.
    大小
    Size/bp
    A+T含量
    A+T content/%
    AT/GC登录号
    Accession No.
    序列编号
    Sequence No.
    大小
    Size/bp
    A+T含量
    A+T content/%
    AT/GC登录号
    Accession No.
    SoRT3-1 432 56.71 1.31 MK830281 SoRT3-29 432 61.34 1.60 MK830300
    SoRT3-4 432 60.88 1.56 MK830282 SoRT3-30 432 60.19 1.51 MK830301
    SoRT3-6 432 63.89 1.77 MK830283 SoRT3-31 432 60.19 1.51 MK830302
    SoRT3-7 432 60.88 1.56 MK830284 SoRT3-32 432 56.94 1.32 MK830303
    SoRT3-9 432 61.34 1.59 MK830285 SoRT3-34 432 62.73 1.68 MK830304
    SoRT3-10 432 63.43 1.73 MK830286 SoRT3-35 432 62.50 1.67 MK830305
    SoRT3-11 432 62.04 1.63 MK830287 SoRT3-36 432 62.73 1.68 MK830306
    SoRT3-16 432 60.42 1.53 MK830288 SoRT3-37 432 61.11 1.57 MK830307
    SoRT3-17 432 58.56 1.41 MK830289 SoRT3-38 432 62.50 1.67 MK830308
    SoRT3-18 432 56.94 1.32 MK830290 SoRT3-40 432 59.26 1.45 MK830309
    SoRT3-19 432 59.26 1.45 MK830291 SoRT3-41 432 64.81 1.84 MK830310
    SoRT3-21 432 60.65 1.54 MK830292 SoRT3-43 432 57.41 1.35 MK830311
    SoRT3-22 432 62.04 1.63 MK830293 SoRT3-44 432 62.27 1.65 MK830312
    SoRT3-23 432 63.66 1.75 MK830294 SoRT3-45 432 59.72 1.48 MK830313
    SoRT3-24 432 63.43 1.73 MK830295 SoRT3-46 432 58.80 1.43 MK830314
    SoRT3-25 432 62.73 1.68 MK830296 SoRT3-47 432 62.73 1.68 MK830315
    SoRT3-26 430 57.91 1.38 MK830297 SoRT3-48 432 62.50 1.67 MK830316
    SoRT3-27 432 61.34 1.59 MK830298 变化范围 Range 430~432 56.71~64.81 1.31~1.84
    SoRT3-28 432 63.66 1.75 MK830299
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    表  2  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因蛋白质结构信息

    Table  2.   RT protein structure of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    家族
    Family
    序列号
    Sequence
    No.
    α-螺旋数
    α-helix
    number a
    β-折叠数
    β-folding
    number a
    转角数
    Rotation
    number b
    氢键数
    Hydrogen
    bond
    numberb
    SoRT3-7 6 9 19 92
    SoRT3-21 6 9 18 94
    SoRT3-30 6 9 18 89
    SoRT3-1 5 8 17 93
    SoRT3-4 6 9 18 92
    SoRT3-26 5 9 12 76
    注:a数据结果是根据图6-A的蛋白质二级结构统计得出;b数据结果根据图6-B的蛋白质三级结构统计得出。
    Note: data with a are based on protein secondary structure as shown on Fig. 6-A; while b based on tertiary structure as displayed on Fig. 6-B.
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    表  3  部分其他物种植物的Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列信息

    Table  3.   Amino acid sequences of RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons from some other plant species


    Family
    物种
    Species
    登录号
    Accession No.
    松科 Pinaceae 白皮松 Phelipanche bungeana ABD43118.1
    落叶松 Larix gmelinii BAQ22332.1
    莎草科 Cyperaceae 荸荠 Eleocharis uniglumis ADF46121.1
    藜科 Chenopodiaceae 菠菜 Spinacia oleracea BAB40833.1
    禾本科 Poaceae 多花黑麦草 Lolium multiflorum BAB40827.1
    粳稻 Oryza sativa japonica group BAB40824.1
    豆科 Fabaceae 大豆 Glycine max BAB40834.1
    绿豆 Vigna radiata AAT85841.1
    蔷薇科 Rosaceae 果梅 Prunus mume ACU42190.1
    苹果 Malus domestica ABS11079.1
    仙人掌科 Cactaceae 火龙果 Hylocereus undatus AOS58468.1
    菊科 Compositae 菊花 Chrysanthemum x morifolium BAB40831.1
    列当科 Orobanchaceae 列当 Orobanche cernua ABD43042.1
    毛茛科 Ranunculaceae 牡丹 Paeonia suffruticosa AFQ94056.1
    十字花科 Brassicaceae 拟南芥 Arabidopsis thaliana BAB40828.1
    桑科 Moraceae 山桑 Morus bombycis BAB40830.1
    棕榈科 Palmae 油棕 Elaeis guineensis CAD45567.1
    鼠李科 Anacardiaceae Ziziphus jujuba AFR43612.1
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    表  4  Ty3-gypsy类逆转座子RT基因序列与EST数据库比对结果

    Table  4.   Sequence alignment with EST database on RT of Ty3-gypsy-like retrotransposons

    序列号
    Sequence No.
    目标序列
    Target sequence
    查询覆盖度
    Query coverage/%
    E值
    E value
    一致性
    Identity/%
    SoRT3-9 GE325024.1 87 2×10−142 91.25
    SoRT3-21 GE325024.1 87 1×10−165 94.96
    SoRT3-22 GE325024.1 87 2×10−152 92.84
    SoRT3-27 GE325024.1 85 5×10−154 93.53
    SoRT3-29 GE325024.1 86 1×10−154 93.33
    SoRT3-34 GE325024.1 86 6×10−98 84.27
    SoRT3-9 GE325034.1 87 2×10−142 91.25
    SoRT3-21 GE325034.1 87 1×10−165 94.96
    SoRT3-22 GE325034.1 87 2×10−152 92.84
    SoRT3-27 GE325034.1 85 5×10−154 93.53
    SoRT3-29 GE325034.1 86 1×10−154 93.33
    SoRT3-34 GE325034.1 86 6×10−98 84.27
    SoRT3-23 CA177106.1 99 8×10−157 90.26
    SoRT3-35 CA177106.1 99 2×10−148 89.10
    SoRT3-36 CA177106.1 97 3×10−141 88.57
    SoRT3-41 CA177106.1 99 2×10−148 89.10
    SoRT3-23 CA203336.1 97 1×10−140 88.15
    SoRT3-35 CA203336.1 97 1×10−130 86.76
    SoRT3-41 CA203336.1 97 5×10−129 86.49
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-30
  • 修回日期:  2021-07-25
  • 网络出版日期:  2021-10-23
  • 刊出日期:  2021-09-28

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