速看！6.9分基因家族分析文章思路解析！

速看！6.9分基因家族分析文章思路解析！

       脂肪酸去饱和酶（FAD）在植物生长发育和植物防御过程中发挥着重要作用。由于栽培的香蕉品种对高温和低温敏感，导致香蕉枯萎病易发生蔓延，因此探索香蕉FADs对温度胁迫和香蕉枯萎病的作用具有重要意义。在本研究中，作者对香蕉FAD基因进行了全基因组鉴定，并使用转录组和qRT-PCR分析了MaFAD显示响应于高温和低温处理的表达模式。此外，对Foc TR4和S.indica处理和未处理的对照根中的表达水平和FA（包括亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和油酸）含量进行了研究。该研究将有助于了解FADs对香蕉温度胁迫以及共生和寄生真菌定殖反应的作用。

原名：Genome-wide identification of FAD gene family and their contributions to the temperature stresses and mutualistic and parasitic fungi colonization responses in banana

译名：FAD基因家族的全基因组鉴定及其对香蕉温度胁迫和共生寄生真菌定殖反应的贡献

期刊：International Journal of Biological Macromolecules

IF：6.9526

发表时间：2022.2

通讯作者：程春振

通讯作者单位： 山西农业大学

DOI：10.1016/j.ijbiomac.2022.02.024

技术方法：

全基因组鉴定，转录组测序，实时荧光定量PCR，LC-MS/MS，烟草瞬时表达

研究结论：

1、香蕉FAD基因家族的鉴定

       从香蕉基因组中鉴定了27个MaFAD基因，根据染色体定位信息和系统发育分析结果给其命名。统计各MaFAD成员的染色体位置、CDS长度、氨基酸大小，同时分析包括分子量、等电点（pI）、亲水性等理化性质，以及跨膜结构域、信号肽和亚细胞定位等信息。属于不同亚科的FAD成员表现出不同的亚细胞位置，MaFAD2和MaFAD3亚家族成员定位于内质网，其他亚家族成员定位于叶绿体、质膜和细胞质，表明FAD2和FAD3主要导致叶绿体外脂质的去饱和，而其他类型的FAD可能导致脂质的去饱和反应。

2、MaFAD蛋白的系统发育分析

       为了阐明MaFADs之间的系统发育关系，对来自香蕉(27)、拟南芥(27)和水稻(18)的FADs进行邻接系统发育树构建。这些FAD可以分为5个亚族，包括FAB2、FAD4、ADS/SLD/DES、FAD2/FAD6（ω6）和FAD3/FAD7/FAD8（ω3），每个亚科中分别有8、1、3、2、1、5、4和3个MaFAD成员。此外，发现水稻和香蕉中不含有 ADS 成员，表明 ADS 是在单子叶植物和双子叶植物分化后形成的。

3、MaFAD成员的基因结构和保守基序分析

       基因结构变异对基因进化非常重要，MaFAD同一亚科中的成员显示出相似的内含子-外显子结构，并且它们编码的蛋白质具有相似的基序组成。在水稻、小麦、蒺藜苜蓿和欧洲油菜中也发现了类似的结果，表明FAD基因家族是高度保守的。

4、MaFAD基因的染色体定位和基因重复分析

       基因复制对于新基因和新功能的产生很重要，片段和串联重复是基因家族扩展的重要驱动力。本研究中，MaFAD家族的18个（66.67%）成员，涉及15对节段重复基因，表现出共线关系。而欧洲油菜、芥菜和小麦同样以节段重复为主，因此推测FAD基因家族的扩增主要依赖节段重复。此外，MaFAD基因家族重复事件发生在大约34.76-277.23 Mya。MaFAD3.1/MaFAD3.2的复制事件估计发生在大约68.55 Mya，这接近于香蕉的全基因组复制(WGD)事件。因此，WGD也可能有助于香蕉FAD基因家族的扩展。选择性压力分析表明，MaFAD基因在进化过程中经历了强烈的纯化选择，表明它们的功能可能在进化上是保守的。

5、MaFAD启动子顺式作用元件和转录因子结合位点分析

       在MaFADs的启动子区域鉴定了几种激素（如MeJA、ABA和SA）和胁迫（如干旱、损伤和低温）相关的顺式作用元件，表明MaFADs表达可能对几种激素和非生物胁迫有反应。此外，在MaFAD启动子中发现了许多TFBS，许多TF在调节香蕉的生长、发育和应激反应中发挥着重要作用，猜测MaFAD基因的表达也受到许多转录因子的调节。

6、靶向miRNA预测及蛋白质互作网络分析

       研究鉴定了30个靶向MaFAD的miRNA，其中mac-miR156和mac-miR164的靶基因数量最多。根据以往的研究推测几种MaFADs可能在miRNAs的调控下对低温和Foc TR4胁迫发挥作用。同时预测了MaFAD成员与其他一些成员的互作关系，其中FAD8和FAD6之间的相互作用系数最高。

7、基于转录组数据的MaFAD基因表达分析

       基因表达分析表明，一些MaFADs在高低温反应中表现出显着的差异表达，表明MaFAD基因参与香蕉温度胁迫反应。Foc TR4极大地影响了几种MaFADs的表达，并极大地诱导了根中脂肪酸（FA）的积累。如MaFAD2.1和MaFAD2.3的瞬时过表达均增加了烟叶中亚油酸、棕榈酸和油酸的积累。最后通过qRT-PCR验证了转录组数据的准确性。

结论

       文章从香蕉基因组中鉴定了27个MaFAD基因。根据氨基酸序列的相似性，它们编码的蛋白质可分为五个亚科。这种分类始终得到它们的基因和蛋白质结构、保守基序和亚细胞定位的支持。发现节段重复事件在MaFAD基因家族扩展中起主要作用。鉴定了30个靶向MaFAD的miRNA，许多激素和应激反应顺式在它们的启动子中鉴定出作用元件和转录因子结合位点（TFBS），表明MaFADs的表达调控非常复杂。基因表达分析表明，一些MaFADs在高低温反应中表现出显着的差异表达。Foc TR4极大地影响了几种MaFADs的表达，并极大地诱导了根中脂肪酸（FA）的积累。虽然S.indica对大多数MaFADs的表达没有显着影响，但它可以大大减轻Foc TR4对几种MaFADs和FA生物合成的影响。.我们的研究表明，MaFADs对香蕉中高温和低温胁迫以及共生和寄生真菌定植的响应做出了很大贡献。

小编点评

       本文除常规的基因家族分析内容外，还预测了靶向MaFAD基因的miRNA，结合启动子顺式作用元件和转录因子结合位点分析得出MaFADs的表达受多种因素调控。同时进行了蛋白互作预测以及转录组测序，获得的信息量非常之多，为后续研究家族成员的具体功能和作用机制奠定基础。最后通过烟草瞬时表达以及LC-MS/MS对基因的功能进行了实验验证。尽管没有发现显着差异，但过表达MaFAD2.1和MaFAD2.3的烟叶中亚油酸含量为对照的1.35倍和1.07倍，说明其在FA生物合成还是存在一定贡献的。

对标产品介绍

       集思慧远可以提供该文章中的基因家族分析、转录组测序、LC-MS/MS及qPCR等服务，其中基因家族分析是集思慧远的特色产品，集思慧远也是国内最早开发此类产品的公司之一，目前参与发表此类文章100+篇，影响因子300+，值得您的信赖，如有需要，欢迎来电咨询：025-85381280