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MYB蛋白质家族成员数量庞大,功能多样,存在于绝大多数真核生物中。大多数MYB蛋白作为转录因子发挥作用,MYB结合域有结合DNA的能力[1−2],在植物生长发育、次生代谢及抗逆胁迫等方面具有重要作用[3]。R2R3-MYB作为家族中成员最多的一类,对植物生长发育意义重大[4−7]。
MYB基因家族根据MYB结构域的数量和类型分为4类:1R-MYB (或MYB相关)、2R-MYB (R2R3-MYB)、3R-MYB (R1R2R3-MYB)和4R-MYB[8]。2R-MYB类是植物特有的,并且是最大的亚家族,已在许多植物中进行了全基因组注释。R2R3-MYB家族成员数量各不相同,拟南芥Arabidopsis thaliana[9]有126个,水稻Oryza sativa[10]有102个,葡萄Vitis vinifera[11]有108个,甜橙Citrus sinensis[12]有100个,苹果Malus domestica[13]有222个,毛果杨Populus trichocarpa[14]有192个,玉米Zea mays[15]有200多个。LI等[16]在黄瓜Cucumis sativus中仅鉴定出55个R2R3-MYB基因,而黄瓜基因组V2版本中鉴定出69个R2R3-MYB基因[17]。通过最新版黄瓜基因组数据库可知:黄瓜基因组V3版本基因组数量为24 317个,较V2版本(23 248个)增多。鉴于此,本研究对黄瓜基因组数据库V3版本中的R2R3-MYB亚家族进行鉴定,分析黄瓜CsMYB基因家族成员,为研究黄瓜CsMYB家族功能提供参考。
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将黄瓜基因组数据与拟南芥进行比对,根据HMM模型进行搜索,取其交集,筛选鉴定其具有特殊结构域的序列,最终获得黄瓜99个R2R3-MYB基因家族成员。参照DUBOS等[23]的分类方法,将鉴定出的成员进一步分为30个亚组。为了探索系统发育关系,通过ClustalW进行序列比对,使用黄瓜99个CsMYB蛋白、拟南芥125个AtMYB蛋白和杨梅122个MrMYB蛋白构建了系统发育树(图1)。按照染色体定位结果,分别命名为Cs2RMYB1~Cs2RMYB99 (表1)。根据蛋白质序列的相似性和聚类结果的高自举性,将CsMYB进一步分为30个进化枝(指定为C1~C30),黄瓜R2R3-MYB基因家族成员被分成30个亚组。其中,C16、C20和C23亚组的家族成员数量最多,有21个成员;C18亚组成员数为16个;C14、C24和C27亚组家族成员数均为15个;C10和C28亚组家族成员数量等同,为4个;C9亚组成员数最少,仅3个。黄瓜R2R3-MYB亚家族的进化树聚类方式与拟南芥有一定的相似性。
Figure 1. Phylogenetic tree construction of C. sativus, A. thaliana and M. rubra R2R3-MYB subfamily members
基因命名 氨基酸
数量/个分子量/kDa 等电点 不稳定
指数脂肪指数 染色体
位置基因命名 氨基酸
数量/个分子量/
kDa等电点 不稳定
指数脂肪指数 染色体
位置Cs2RMYB1 360 40.91 6.44 52.41 57.17 Chr 1 Cs2RMYB51 268 30.01 8.59 54.65 64.40 Chr 3 Cs2RMYB2 471 54.88 5.91 42.84 66.43 Chr 1 Cs2RMYB52 217 25.13 7.21 55.75 65.21 Chr 3 Cs2RMYB3 367 41.94 5.83 59.22 75.50 Chr 1 Cs2RMYB53 195 22.67 8.37 72.59 73.54 Chr 3 Cs2RMYB4 331 37.60 9.02 65.15 61.90 Chr 1 Cs2RMYB54 355 39.21 6.25 54.46 82.96 Chr 3 Cs2RMYB5 277 31.19 5.90 78.88 66.21 Chr 1 Cs2RMYB55 305 34.19 6.19 45.79 74.52 Chr 3 Cs2RMYB6 232 26.59 8.83 57.26 66.51 Chr 1 Cs2RMYB56 253 28.52 9.10 49.09 65.53 Chr 3 Cs2RMYB7 326 36.76 6.42 53.91 67.94 Chr 1 Cs2RMYB57 313 35.05 4.97 68.24 75.97 Chr 4 Cs2RMYB8 288 32.50 6.31 71.30 64.03 Chr 1 Cs2RMYB58 314 36.06 6.10 62.98 58.06 Chr 4 Cs2RMYB9 377 42.09 6.46 50.23 66.71 Chr 1 Cs2RMYB59 322 35.68 6.14 54.46 67.55 Chr 4 Cs2RMYB10 337 37.92 5.74 45.24 71.19 Chr 1 Cs2RMYB60 377 40.50 5.41 39.90 73.24 Chr 4 Cs2RMYB11 299 33.99 9.17 58.17 61.64 Chr 1 Cs2RMYB61 353 39.81 6.22 60.28 59.92 Chr 4 Cs2RMYB12 372 42.33 6.12 54.32 67.63 Chr 1 Cs2RMYB62 229 25.19 9.29 58.90 61.70 Chr 4 Cs2RMYB13 277 32.11 5.83 63.46 79.96 Chr 1 Cs2RMYB63 263 29.14 8.34 61.14 67.15 Chr 4 Cs2RMYB14 337 38.24 8.66 52.38 59.08 Chr 1 Cs2RMYB64 280 31.51 8.92 59.53 72.11 Chr 4 Cs2RMYB15 370 41.15 6.13 51.97 61.95 Chr 1 Cs2RMYB65 260 28.84 5.00 38.86 76.54 Chr 5 Cs2RMYB16 364 41.75 9.54 55.58 69.81 Chr 1 Cs2RMYB66 323 36.41 6.00 53.24 72.45 Chr 5 Cs2RMYB17 327 37.06 7.68 62.31 69.48 Chr 2 Cs2RMYB67 258 29.46 5.84 45.28 67.67 Chr 5 Cs2RMYB18 295 32.99 9.07 45.41 70.10 Chr 2 Cs2RMYB68 236 26.98 6.71 53.48 74.83 Chr 5 Cs2RMYB19 222 25.74 6.00 53.86 72.43 Chr 2 Cs2RMYB69 284 31.23 6.41 56.18 72.46 Chr 5 Cs2RMYB20 264 29.98 8.97 58.24 63.14 Chr 2 Cs2RMYB70 300 33.77 5.29 55.23 71.50 Chr 5 Cs2RMYB21 265 31.42 9.64 54.52 67.02 Chr 2 Cs2RMYB71 337 38.25 7.69 55.10 66.59 Chr 5 Cs2RMYB22 286 32.59 5.60 58.72 59.69 Chr 2 Cs2RMYB72 210 24.43 5.19 51.25 60.38 Chr 5 Cs2RMYB23 228 26.87 10.27 58.08 65.44 Chr 2 Cs2RMYB73 464 52.29 6.82 66.09 66.85 Chr 5 Cs2RMYB24 256 29.15 8.24 48.25 79.22 Chr 2 Cs2RMYB74 369 41.40 6.61 50.68 56.34 Chr 5 Cs2RMYB25 210 23.54 10.31 65.32 59.48 Chr 2 Cs2RMYB75 307 34.25 7.51 48.64 64.59 Chr 5 Cs2RMYB26 230 26.32 8.83 57.64 63.65 Chr 2 Cs2RMYB76 398 44.52 6.49 53.56 62.29 Chr 5 Cs2RMYB27 204 23.04 8.44 43.78 67.94 Chr 2 Cs2RMYB77 202 23.93 8.25 43.61 58.37 Chr 5 Cs2RMYB28 338 38.46 8.56 58.00 68.99 Chr 2 Cs2RMYB78 294 33.13 8.72 52.07 70.41 Chr 5 Cs2RMYB29 290 31.80 9.23 59.33 65.93 Chr 2 Cs2RMYB79 286 32.77 6.40 64.03 65.17 Chr 6 Cs2RMYB30 297 33.70 9.97 55.65 69.97 Chr 2 Cs2RMYB80 552 61.13 5.50 52.51 61.54 Chr 6 Cs2RMYB31 301 32.30 8.19 55.90 64.15 Chr 2 Cs2RMYB81 301 34.40 5.56 70.97 65.08 Chr 6 Cs2RMYB32 308 34.86 5.93 48.47 84.90 Chr 2 Cs2RMYB82 269 31.33 6.45 45.95 63.42 Chr 6 Cs2RMYB33 519 57.03 7.46 59.70 57.53 Chr 3 Cs2RMYB83 334 38.24 4.96 46.95 59.85 Chr 6 Cs2RMYB34 305 34.64 5.70 57.58 70.72 Chr 3 Cs2RMYB84 286 32.92 5.80 56.50 54.58 Chr 6 Cs2RMYB35 248 29.14 9.10 56.61 66.49 Chr 3 Cs2RMYB85 291 33.53 6.63 61.70 46.94 Chr 6 Cs2RMYB36 259 29.98 6.50 48.74 59.54 Chr 3 Cs2RMYB86 277 32.26 9.35 51.45 59.49 Chr 6 Cs2RMYB37 296 33.70 5.35 56.27 67.20 Chr 3 Cs2RMYB87 301 32.45 9.32 50.91 64.82 Chr 6 Cs2RMYB38 219 25.25 6.32 59.79 70.32 Chr 3 Cs2RMYB88 319 35.85 6.53 48.51 65.49 Chr 6 Cs2RMYB39 354 40.50 9.20 58.22 77.40 Chr 3 Cs2RMYB89 344 38.44 6.12 57.72 80.00 Chr 6 Cs2RMYB40 267 30.10 5.59 55.70 69.33 Chr 3 Cs2RMYB90 387 44.36 5.81 54.93 61.01 Chr 6 Cs2RMYB41 245 28.13 5.75 48.70 62.57 Chr 3 Cs2RMYB91 289 33.19 6.45 53.15 70.17 Chr 6 Cs2RMYB42 224 25.60 7.64 65.43 74.87 Chr 3 Cs2RMYB92 248 27.74 9.11 46.24 76.73 Chr 7 Cs2RMYB43 275 31.61 8.71 39.67 79.75 Chr 3 Cs2RMYB93 500 54.62 5.89 55.46 57.82 Chr 7 Cs2RMYB44 316 36.22 5.63 58.87 56.52 Chr 3 Cs2RMYB94 254 29.45 5.36 74.13 75.63 Chr 7 Cs2RMYB45 312 34.71 6.99 55.70 62.79 Chr 3 Cs2RMYB95 271 31.90 5.56 53.17 62.66 Chr 7 Cs2RMYB46 248 29.70 8.46 52.73 69.60 Chr 3 Cs2RMYB96 254 29.40 5.02 43.86 79.49 Chr 7 Cs2RMYB47 348 39.13 8.86 46.82 64.77 Chr 3 Cs2RMYB97 280 32.36 5.20 59.21 68.86 Chr 7 Cs2RMYB48 294 32.66 6.17 57.40 64.42 Chr 3 Cs2RMYB98 285 32.82 5.32 58.47 64.70 Chr 7 Cs2RMYB49 233 26.13 9.33 51.33 65.41 Chr 3 Cs2RMYB99 248 27.78 6.24 44.80 65.28 Scaffold 72 Cs2RMYB50 313 35.13 5.95 54.63 65.50 Chr 3 说明:Cs2RMYB48基因定位于叶绿体,其他基因定位于细胞核。 Table 1. Cucumber R2R3-MYB subfamily member information
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表1表明:黄瓜R2R3-MYB亚家族成员编码195~552个氨基酸,分子量为22.67~61.13 kDa,理论等电点为4.96~10.31,59个R2R3-MYB蛋白的等电点小于7,40个R2R3-MYB蛋白的等电点大于7,超过半数的蛋白为酸性。除Cs2RMYB43、Cs2RMYB60、Cs2RMYB65外,其余CsR2R3-MYB亚家族成员蛋白质不稳定指数为42.84~78.88,大于40.00,为不稳定蛋白。所有成员的脂肪系数相对较高,说明黄瓜R2R3-MYB亚家族成员适应环境的多样性。Plant-mPLoc 2.0网站预测结果显示:除Cs2RMYB48定位于叶绿体,其他成员均定位于细胞核。
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黄瓜R2R3-MYB亚家族成员映射于1~7号染色体上,Cs2RMYB99的染色体定位结果未知(图2)。每条染色体上的基因分布相对不均匀,1、4、5、7号染色体上基因大多分布在上下两端,而剩下的染色体上基因分布较为均匀。3号染色体上数量最多,可以定位到24个R2R3-MYB亚家族成员;1、2号染色体各有16个R2R3-MYB亚家族成员;5、6号染色体分别为14和13个R2R3-MYB亚家族成员;7号染色体上最少,为7个R2R3-MYB亚家族成员。此外,2号染色体上的Cs2RMYB27和Cs2RMYB28、3号染色体上的Cs2RMYB45和Cs2RMYB46、5号染色体上的Cs2RMYB71和Cs2RMYB72、7号染色体上的Cs2RMYB94和Cs2RMYB95均在各自染色体上形成基因簇。根据进化树分析可知:形成基因簇的成员之间同源性较高,推测成员间功能相对保守。
为揭示黄瓜R2R3-MYB亚家族成员在整个黄瓜基因组中的连锁关系,对黄瓜与拟南芥MYB基因进行共线性分析(图3),结果表明:25对基因表现出共线性和保守的连锁关系,即表明2个物种之间MYB基因家族存在高同源性。
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利用TBtools对黄瓜R2R3-MYB亚家族进行保守基序分析(图4)。结果显示:在99个R2R3-MYB蛋白中鉴定出10个不同的基序,其中Motif 3、Motif 7、Motif 2和Motif 4是高度保守的基序,所有成员均含有Motif 3,导致成员间功能相似。表明这些黄瓜R2R3-MYB亚家族成员间拥有特有或相同的基序,导致了它们之间具有特定的或者相似的功能。
通过Jalview对黄瓜R2R3-MYB亚家族进行序列比对(图5)。结果显示:2R重复序列中有3个色氨酸残基(W)及3R重复序列中有3个色氨酸残基,形成疏水结构,此为鉴定MYB家族典型的结构域特征。除保守的W外,2R重复序列的末端还存在12个高度保守的氨基酸残基,如精氨酸(R)、甘氨酸(G)、赖氨酸(K)、丝氨酸(S)、半胱氨酸(C)、亮氨酸(L)等,3R重复序列中的谷氨酸(E)、G、丙氨酸(A)、R、苏氨酸(T)等。
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为了进一步研究黄瓜R2R3-MYB亚家族成员启动子区的顺式作用元件,通过PlantCARE在线网站分析了该亚家族上游1 500 bp区域(图6)。其启动子元件多与激素、抗逆及厌氧诱导相关,大部分黄瓜R2R3-MYB亚家族成员含雌激素响应(ERE)作用元件。从元件类型来看,ERE元件最多,分布于绝大多数成员的启动子区域上。从单个元件的具体分布来看,约68%家族成员启动子区含ERE元件,约60%成员启动子区含脱落酸应答元件(ABRE)。从单个基因家族成员来看,Cs2RMYB92启动子只有TCA-element激素调控相关元件;Cs2RMYB98有MYB结合位点,并富含激素响应与厌氧诱导元件,例如ABRE、ERE、茉莉酸甲酯相关元件(CGTCA)和MYB结合位点元件(MBS)。Cs2RMYB5、Cs2RMYB7和Cs2RMYB8等基因上有ABRE元件,说明这些基因可能与脱落酸响应有关;Cs2RMYB2、Cs2RMYB6和Cs2RMYB9等基因上含ERE元件,说明这些基因可能响应乙烯的调控;Cs2RMYB1、Cs2RMYB16和Cs2RMYB25等基因上有CGTCA元件,说明这些基因可能与茉莉酸甲酯响应有关;Cs2RMYB12、Cs2RMYB25、Cs2RMYB33和Cs2RMYB34等基因启动子元件上都含MBS元件,说明这些基因可能响应干旱胁迫的调控。
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为深入了解黄瓜R2R3-MYB亚家族成员蛋白的互作情况,对99个成员进行蛋白质互作预测(图7),结果表明:Cs2RMYB25、Cs2RMYB3、Cs2RMYB84、Cs2RMYB98、Cs2RMYB6、Cs2RMYB6均与Cs2RMYB44存在互作关系;Cs2RMYB96、Cs2RMYB22、Cs2RMYB31、Cs2RMYB41、Cs2RMYB56、Cs2RMYB75、Cs2RMYB7、Cs2RMYB4、Cs2RMYB50均与Cs2RMYB90存在互作关系,且有较强的关联性。此外,部分成员间虽存在互作相关性,但各成员之间的具体机制并不明晰,仍需进一步深入研究。
Identification and bioinformatics analysis of R2R3-MYB subfamily in cucumber
doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230278
- Received Date: 2023-05-05
- Accepted Date: 2023-11-30
- Rev Recd Date: 2023-11-08
- Available Online: 2024-03-21
- Publish Date: 2024-04-01
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Key words:
- Cucumis sativus /
- R2R3-MYB /
- transcription factor /
- whole genome identification
Abstract:
Citation: | GUO Yuting, DU Changxia. Identification and bioinformatics analysis of R2R3-MYB subfamily in cucumber[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2024, 41(2): 286-296. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230278 |