Xác định trên quy mô toàn bộ bộ gen và phân tích biểu hiện của họ gen kinaza protein kích thích (MAPK) từ chuối cho thấy sự tham gia của các thành viên cụ thể trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chín trái cây

Springer Science and Business Media LLC - Tập 14 - Trang 161-175 - 2013
Mehar Hasan Asif1, Deepika Lakhwani1, Sumya Pathak1, Sweta Bhambhani1, Sumit K. Bag1, Prabodh Kumar Trivedi1
1National Botanical Research Institute, Council of Scientific and Industrial Research (CSIR-NBRI), Lucknow, India

Tóm tắt

Các kinaza protein kích thích (MAPK) là thành phần quan trọng của chuỗi tín hiệu kinaza protein kích thích ba phần và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và trưởng thành của cây trồng. Mặc dù các thành viên của họ gen MAPK đã được xác định ở các cây mẫu, nhưng rất ít thông tin có sẵn về họ gen này trong các cây ăn quả. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành phân tích thông qua máy tính sử dụng cơ sở dữ liệu Musa Genome để xác định các thành viên của họ gen MAPK trong chuối, một loại cây trồng quan trọng về kinh tế và là loại trái cây phổ biến nhất trên thế giới. Phân tích của chúng tôi đã xác định được 25 thành viên của họ protein kinase MAP (MAPK hoặc MPK). Các phân tích phát sinh loài của MPKs trong Arabidopsis, Oryza và Populus đã phân loại các MPK này thành bốn nhóm con. Sự hiện diện của các miền bảo tồn trong các chuỗi axit amin suy diễn, phát sinh loài, và tổ chức gen hỗ trợ mạnh mẽ cho danh tính của chúng như là các thành viên của họ gen MPK. Phân tích biểu hiện trong quá trình chín trái chuối do etylen kích thích cho thấy sự tham gia của một số MPKs trong con đường truyền tín hiệu etylen cần thiết cho quá trình chín của trái chuối. Phân tích các yếu tố điều hòa cis trong các vùng promoter và sự tham gia của các MPK đã xác định trong các quá trình tế bào khác nhau, được phân tích bằng Pathway Studio, gợi ý vai trò của họ gen MPK chuối trong nhiều chức năng liên quan đến sự tăng trưởng, phát triển và phản ứng với căng thẳng. Báo cáo này là báo cáo đầu tiên liên quan đến việc xác định các thành viên của một họ gen và làm rõ vai trò của chúng trong các quá trình khác nhau bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu Musa Genome.

Từ khóa

#kinaza protein kích thích #họ gen MAPK #chuối #quá trình chín trái #phân tích phát sinh loài #cơ sở dữ liệu Musa Genome

Tài liệu tham khảo

Asif M, Trivedi P, Solomos T, Tucker M (2006) Isolation of high-quality RNA from apple (Malus domestica) fruit. J Agric Food Chem 54:5227–5229 Asif MH, Trivedi PK, Misra P, Nath P (2009a) Prolyl-4-hydroxylase (AtP4H1) mediates and mimics low oxygen response in Arabidopsis thaliana. Funct Integr Genomics 9:525–535 Asif MH, Pathak N, Solomos T, Trivedi PK (2009b) Effect of low oxygen, temperature and 1-methylcyclopropene on the expression of genes regulating ethylene biosynthesis and perception during ripening in apple. S Afr J Bot 75:137–144 Bapat VA, Trivedi PK, Ghosh A, Sane VA, Ganapathi TR et al (2010) Ripening of fleshy fruit: molecular insight and the role of ethylene. Biotechnol Adv 28:94–107 Chakrabarty D, Trivedi PK, Misra P, Tiwari M, Shri M, Shukla D, Kumar S, Rai A, Pandey A, Nigam D, Tripathi RD, Tuli R (2009) Comparative transcriptome analysis of arsenate and arsenite stresses in rice seedlings. Chemosphere 74:688–702 Chen L, Hu W, Tan S, Wang M, Ma Z, Zhou S, Deng X, Zhang Y, Huang C, Yang G, He G (2012) Genome-wide identification and analysis of MAPK and MAPKK gene families in Brachypodium distachyon. PLoS One 7:e46744 Cheong YH, Moon BC, Kim JK, Kim CY, Kim MC, Kim IH, Park CY, Kim JC, Park BO, Koo SC, Yoon HW, Chung WS, Lim CO, Lee SY, Cho MJ (2003) BWMK1, a rice mitogen-activated protein kinase, locates in the nucleus and mediates pathogenesis-related gene expression by activation of a transcription factor. Plant Physiol 132:1961–1972 D’Hont A, Denoeud F, Aury JM, Baurens FC, Carreel F, Garsmeur O, Noel B, Bocs S, Droc G, Rouard M, Da Silva C, Jabbari K, Cardi C, Poulain J, Souquet M, Labadie K, Jourda C, Lengelle J, Rodier-Goud M, Alberti A, Bernard M, Correa M, Ayyampalayam S, McKain MR, Leebens-Mack J, Burgess D, Freeling M, Mbeguie AMD, Chabannes M, Wicker T, Panaud O, Barbosa J, Hribova E, Heslop-Harrison P, Habas R, Rivallan R, Francois P, Poiron C, Kilian A, Burthia D, Jenny C, Bakry F, Brown S, Guignon V, Kema G, Dita M, Waalwijk C, Joseph S, Dievart A, Jaillon O, Leclercq J, Argout X, Lyons E, Almeida A, Jeridi M, Dolezel J, Roux N, Risterucci AM, Weissenbach J, Ruiz M, Glaszmann JC, Quetier F, Yahiaoui N, Wincker P (2012) The banana (Musa acuminata) genome and the evolution of monocotyledonous plants. Nature 488:213–217 Doczi R, Okresz L, Romero AE, Paccanaro A, Bogre L (2012) Exploring the evolutionary path of plant MAPK networks. Trends Plant Sci 17:518–525 Dubey S, Misra P, Dwivedi S, Chatterjee S, Bag SK, Mantri S, Asif MH, Rai A, Kumar S, Shri M, Tripathi P, Tripathi RD, Trivedi PK, Chakrabarty D, Tuli R (2010) Transcriptomic and metabolomic shifts in rice roots in response to Cr (VI) stress. BMC Genomics 11:648 Finn RD, Clements J, Eddy SR (2011) HMMER web server: interactive sequence similarity searching. Nucleic Acids Res 39:W29–37 Grigoriev IV, Nordberg H, Shabalov I, Aerts A, Cantor M, Goodstein D, Kuo A, Minovitsky S, Nikitin R, Ohm RA, Otillar R, Poliakov A, Ratnere I, Riley R, Smirnova T, Rokhsar D, Dubchak I (2012) The genome portal of the Department of Energy Joint Genome Institute. Nucleic Acids Res 40:D26–32 Hamel LP, Nicole MC, Sritubtim S, Morency MJ, Ellis M, Ehlting J, Beaudoin N, Barbazuk B, Klessig D, Lee J, Martin G, Mundy J, Ohashi Y, Scheel D, Sheen J, Xing T, Zhang S, Seguin A, Ellis BE (2006) Ancient signals: comparative genomics of plant MAPK and MAPKK gene families. Trends Plant Sci 11:192–198 Janitza P, Ullrich KK, Quint M (2012) Toward a comprehensive phylogenetic reconstruction of the evolutionary history of mitogen-activated protein kinases in the plant kingdom. Front Plant Sci 3:271 Kesari R, Trivedi PK, Nath P (2007) Ethylene-induced ripening in banana evokes expression of defense and stress related genes in fruit tissue. Postharvest Biol Technol 46:136–143 Kesari R, Trivedi PK, Nath P (2010) Gene expression of pathogenesis-related protein during banana ripening and after treatment with 1-MCP. Postharvest Biol Technol 56:64–70 Kong F, Wang J, Cheng L, Liu S, Wu J, Peng Z, Lu G (2012) Genome-wide analysis of the mitogen-activated protein kinase gene family in Solanum lycopersicum. Gene 499:108–120 Lamesch P, Berardini TZ, Li D, Swarbreck D, Wilks C, Sasidharan R, Muller R, Dreher K, Alexander DL, Garcia-Hernandez M, Karthikeyan AS, Lee CH, Nelson WD, Ploetz L, Singh S, Wensel A, Huala E (2012) The Arabidopsis Information Resource (TAIR): improved gene annotation and new tools. Nucleic Acids Res 40:D1202–D1210 Lescot M, Dehais P, Thijs G, Marchal K, Moreau Y, Van de Peer Y, Rouze P, Rombauts S (2002) PlantCARE, a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences. Nucleic Acids Res 30:325–327 Li CY, Deng GM, Yang J, Viljoen A, Jin Y, Kuang RB, Zuo CW, Lv ZC, Yang QS, Sheng O, Wei YR, Hu CH, Dong T, Yi GJ (2012) Transcriptome profiling of resistant and susceptible Cavendish banana roots following inoculation with Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4. BMC Genomics 13:374 Lohani S, Trivedi PK, Nath P (2004) Changes in activities of cell wall hydrolases during ethylene-induced ripening in banana: effect of 1-MCP, ABA and IAA. Postharvest Biol Technol 31:119–126 Misra P, Pandey A, Tiwari M, Chandrashekar K, Sidhu OP, Asif MH, Chakrabarty D, Singh PK, Trivedi PK, Nath P, Tuli R (2010) Modulation of transcriptome and metabolome of tobacco by Arabidopsis transcription factor, AtMYB12, leads to insect resistance. Plant Physiol 152:2258–2268 Nikitin A, Egorov S, Daraselia N, Mazo I (2003) Pathway studio—the analysis and navigation of molecular networks. Bioinformatics 19:2155–2157 Ouyang S, Zhu W, Hamilton J, Lin H, Campbell M, Childs K, Thibaud-Nissen F, Malek RL, Lee Y, Zheng L, Orvis J, Haas B, Wortman J, Buell CR (2007) The TIGR Rice Genome Annotation Resource: improvements and new features. Nucleic Acids Res 35:D883–887 Pathak N, Asif MH, Dhawan P, Srivastava MK, Nath P (2003) Expression and activities of ethylene biosynthesis enzymes during ripening of banana fruits and effect of 1-MCP treatment. Plant Growth Regul 40:11–19 Rao KP, Richa T, Kumar K, Raghuram B, Sinha AK (2010) In silico analysis reveals 75 members of mitogen-activated protein kinase kinase kinase gene family in rice. DNA Res 17:139–153 Samajova O, Plihal O, Al-Yousif M, Hirt H, Samaj J (2013) Improvement of stress tolerance in plants by genetic manipulation of mitogen-activated protein kinases. Biotechnol Adv 31:118–128 Sayers EW, Barrett T, Benson DA, Bolton E, Bryant SH et al. (2013) Database resources of the National Center for Biotechnology Information. Nucleic Acids Res 38(Database issue):D5–16. Tamura K, Peterson D, Peterson N, Stecher G, Nei M, Kumar S (2012) MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods. Mol Biol Evol 28:2731–2739 Thompson JD, Gibson TJ, Plewniak F, Jeanmougin F, Higgins DG (1997) The CLUSTAL_X windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Res 25:4876–4882 Trivedi PK, Nath P (2004) MaExp1, an ethylene-induced expansin from ripening banana fruit. Plant Sci 167:1351–1358 Zhang X, Cheng T, Wang G, Yan Y, Xia Q (2013) Cloning and evolutionary analysis of tobacco MAPK gene family. Mol Biol Rep 40:1407–1415