文章编号:1005-0906(2013)03-0040-08

玉米LIM结构域蛋白基因家族分析张海燕,李佐同,赵长江,杨克军,王玉凤,胡雪微,赵莹(黑龙江八一农垦大学农学院/寒地作物种质改良与栽培重点实验室,黑龙江大庆163319)摘要:采用生物信息学的方法,在玉米全基因组水平鉴定并分析玉米LIM蛋白基因,鉴定出11个ZmLIM基因,分别分布于玉米的8条染色体上.
结构域分析表明,多数LIM蛋白包括2个典型的LIM结构域.
系统发育分析表明,LIM家族可以分为3个亚家族.
假定调控元件分析发现,所有LIM基因启动子都具有大量花粉特异表达元件,相对来说其他组织器官特异表达,激素和逆境调控元件数量很少.
EST基因表达数据分析表明,该家族成员具有明显的时空表达特性.
关键词:玉米;LIM结构域;LIM基因家族;生物信息学中图分类号:S513.
035.
3文献标识码:AGenome-wideAnalysisofLIMDomain-containingProteinGeneFamilyinMaizeZHANGHai-yan,LIZuo-tong,ZHAOChang-jiang,YANGKe-jun,WANGYu-feng,HUXue-wei,ZHAOYing(CollegeofAgriculture,HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofCropGermplasmImprovementandCultivationinColdRegions,Daqing163319,China)Abstract:Bybioinformaticanalysis,maizeLIMgeneswereisolatedandanalyzedinthosefunctionsinwhole-genomescale.
Atotalof11maizeLIMgenes(ZmLIM1toZmLIM11)wereidentified.
ZmLIMgenesweredis-tributedinallthemaizechromosomesexceptchromosome7and8.
Alignmentandmotifanalysisresultsrevealedma-jormaizeLIMproteinssharetwotypicalconserveddomains.
PhylogeneticanalysisindicatedLIMfamilycouldbedi-videdintothreesubfamilies.
Putativecis-actingregulatoryelementsinvolvedinspecifictissueororgan,phytohor-monesandstress,thetissue-specificexpressionelements,especialpollen-specificelement,wereobservedinthepro-motersofallZmLIMgenes;otherelementsdistributionpresentedfragmentarily.
ExpressiondataofESTssuggestedmaizeLIMgeneshadtemporalandspatialexpressionpattern.
Keywords:Maize;LIMdomain;LIMgenefamily;Bioinformaticanalysis收稿日期:2013-01-07基金项目:"十二五"农村领域国家科技计划项目子课题(2011BAD16B1103)、大庆市科技计划项目(scyh-2011-73)、黑龙江省寒地作物种质改良与栽培重点实验室开放课题项目(CGIC201208)、黑龙江省垦区科研项目(NK12A-03-15)、黑龙江八一农垦大学引进人才科研启动计划课题作者简介:张海燕(1978-),女,黑龙江望奎人,博士,讲师,主要从事害虫生物防治研究.
李佐同为本文通讯作者.
Tel:0459-6819001E-mail:lxg6401999@163.
com玉米是C4作物,呼吸作用消耗的干物质少,光合效率较高,单位面积产量较高.
近年来,玉米已经发展成为我国重要的粮饲作物和经济作物,玉米产量成为我国粮食供求形势和决定畜牧业发展形势的重要因素.
LIM蛋白为含有LIM结构域的蛋白,其命名来源于最早分离鉴定的3个动物源LIM结构域蛋白质的首字母缩写,即LIN11、ISL1和MEC3[1~3].
LIM结构域广泛存在于真核生物中,在不同种系不同组织中高度保守,由富含半胱氨酸的锌指基元组成,其保守序列为[C-X2-C-X16-23-H-X2-C]-X2-[C-X2-C-X16-21-C-X2-3-(C/H/D)],其中8个保守的氨玉米科学2013,21(3):40~47JournalofMaizeSciences基酸残基形成2个连续的锌指结构.
Baltz等[4~6]发现,向日葵LIM结构域蛋白SF3(HaPLIM1)在花粉特异表达,与向日葵花粉管生长有关.
Eliasson等[7]在分析了开花植物LIM基因表达发现,LIM除具有花粉特异表达外,还有其他组织和器官表达的能力.
另外,与动物LIM蛋白一样,植物LIM蛋白既有定位于细胞质的,也有定位于细胞核的,或同时具有两种定位,该类蛋白在不同定位时的功能是否不同还不清楚.
Kawaoka等[8]证明,烟草NtLIM1作为转录因子结合PAL-盒,调节苯丙氨酸代谢途径关键酶,从而调控木质素的生物合成.
Mundel等[9]发现,向日葵HaWLIM1蛋白介导了肌动蛋白胞质骨架与细胞器膜和囊泡的结合,并在细胞质流动中具有重要作用.
烟草的LIM蛋白NtWLIM1可以结合丝状肌动蛋白(Filamentousactin,F-actin)[10].
Wang等[11]发现,百合LiLIM1也可作为肌动蛋白的结合蛋白(Actin-bind-ingproteins,ABPs),促进丝状肌动蛋白束组装,保护丝状肌动蛋白解聚,调节花粉管延伸.
迄今为止已经在多种植物中分离到LIM基因,如向日葵、烟草、拟南芥、水稻、黑杨、百合、棉花、小立碗藓、巴西橡胶树等[12~15],但在玉米基因组水平上系统分析LIM蛋白的研究未见报道,也未见玉米中该类转录因子相关功能的报道.
本研究采用生物信息学的方法,在玉米全基因组水平分离鉴定并分析玉米LIM家族蛋白基因,有助于深入解析玉米LIM结构域蛋白基因在玉米生长发育调控和逆境胁迫应答中的作用,为植物品种改良提供参考.
1材料与方法1.
1分离鉴定玉米LIM基因为了更好地在玉米全基因组水平注释LIM基因,采用3种方法获取LIM基因的序列:①以PF00412(http://pfam.
sanger.
ac.
uk/)和SM00132(http://smart.
embl-heidelberg.
de/)两个数据库中LIM蛋白保守结构域作为种子,搜索NCBI数据库(http://www.
ncbi.
nlm.
nih.
gov/)和玉米基因组数据库(http://www.
maizesequence.
org/index.
html);②以拟南芥和水稻发表的LIM蛋白为种子,提交NCBI数据库,获得玉米LIM蛋白序列;③在NCBI数据库中以"LIM-do-main"为关键词挖掘玉米LIM基因序列.
将非冗余的玉米LIM蛋白提交SMART数据库和Inter-ProScan数据库(http://www.
ebi.
ac.
uk/Tools/InterPro)进一步检验LIM蛋白结构域.
1.
2基因结构分析玉米LIM基因的登录号、染色体的定位、开放读码框的长度、外显子和内含子的数量分布以及全长cDNA(FullLengthcDNA,FLcDNA)和完整编码区(completeCDS,cCDS)来自玉米B73基因组数据库、NCBI数据库和玉米全长cDNA数据库(http://www.
maizecdna.
org/),玉米LIM基因结构的绘制由在线GSDS工具(http://gsds.
cbi.
pku.
edu.
cn/)完成.
1.
3玉米LIM蛋白系统进化和结构域分析玉米LIM蛋白保守域分析由MEME(http://meme.
nbcr.
net/meme4_1/cgi-bin/meme.
cgi)在线工具完成.
参数设置如下:结构域最小氨基酸残基数(minimummotifwidth):10aa;结构域最大氨基酸残基数(maxi-mummotifwidth):70aa;不同结构域的数量(Numberofdifferentmotifs):5;其余参数为默认设置.
玉米LIM蛋白的多重比对和进化树的构建由MEGA软件完成.
进化分析采用邻接法,并进行1000次Bootstrap检验.
1.
4玉米LIM基因表达谱以玉米LIM基因全长cDNA作种子,提交NCBI数据库(http://www.
ncbi.
nlm.
nih.
gov/dbEST/)进行EST序列比对,同时结合NCBI中Unigene数据库EST表达谱数据,获得玉米LIM家族基因在玉米不同发育时期组织和器官的表达状况.
1.
5玉米LIM基因启动子元件分析为了分析LIM转录因子启动上顺式反应元件,玉米LIM基因翻译起始位点(ATG)上游1500bp的启动子序列从玉米B73基因组数据库中获得,然后将LIM基因启动子序列提交PLACE(http://www.
dna.
affrc.
go.
jp/PLACE/signalscan.
html)进行反应调控元件分析,对启动子上特定表达元件的数量聚类分析由Clusterversion3.
0和TreeViewversion1.
60软件完成.
2结果与分析2.
1玉米基因组水平鉴定11个ZmLIM基因综合考虑PF00412和SM00132结构域,以包括7个高度保守的半胱氨酸残基和1个组氨酸残基约60个氨基酸作为种子,搜索玉米B73基因组数据库;同时在NCBI数据库中以"LIM-domain"为关键词搜索LIM蛋白,获得11个含有LIM结构域的蛋白基因,最终获得11个非冗余的LIM基因.
通过SMART和InterProScan数据库对玉米LIM蛋白保守结构域分析,鉴定的11个玉米LIM蛋白中有841张海燕等:玉米LIM结构域蛋白基因家族分析3期个包括两个串联的LIM结构域,3个蛋白有且只有1个LIM结构域.
以含有两个LIM结构域优先的原则按照其在染色体上的位置将命名为ZmLIM1-11(表1).
被鉴定的11个LIM基因分布于染色体第1、2、3、4、5、6、10染色体上,其中染色体1和染色体6分别包括3个LIM基因(表1).
MaizesequenceGenebankflcDNA/cCDSORF(bp)Chr.
CloneLocationOriiiLIM1GRMZM2G128206_T03LOC100281283BT0684345971AC208204.
3134591-136057-198LIM2GRMZM2G153268_T01LOC100194335BT0368546152AC186516.
3130219-131230-204LIM3GRMZM2G175761_T01LOC100281636EU9573765913AC182621.
3108506-109723+196LIM4GRMZM2G134752_T01NotavailableBT0624886244AC195995.
318963-20093-207LIM5GRMZM2G170034_T01NotavailableBT0615066155AC213522.
3125780-126894-204LIM6GRMZM2G004959_T01LOC100281636BT0554345886AC206161.
483466-84955+195LIM7GRMZM2G010960_T01NotavailableNotavailable43626AC206902.
3146607-156229-1453LIM8GRMZM2G024887_T01LOC100272616BT03905661810AC203898.
438999-40058+205LIM9GRMZM2G160198_T02LOC100279838BT054993/BT06355514521AC191592.
366647-69329-483LIM10GRMZM2G099328_T01LOC100281489EU956868/EU95466815151AC204374.
3157987-162084-504LIM11GRMZM2G017845_T01LOC100191921BT055878/BT08501415276AC202874.
363002-69808+508基因Gene转录本Transcript基因组定位Genomelocation蛋白Proteinin表1玉米ZmLIM基因的特征Table1CharactersofZmLIMgenesinmaize2.
2玉米ZmLIM基因特征鉴定命名的ZmLIM基因内含子和外显子数量分布情况分析表明,8个LIM基因(ZmLIM1-8)都含有4个内含子,外显子编码2个串联的LIM结构域的蛋白;其余3个LIM蛋白(ZmLIM9-11)仅有1个LIM结构域,这3个LIM基因也含有相同数量的10个内含子(图1).
根据内含子的数量可以将11个LIM基因分成两大类,即含有4个内含子和10个内含子的两类,这与在蛋白水平按LIM结构域的数量来分类是完全一致的.
多重比对结果表明,多数ZmLIM蛋白主要含有两个保守的区域,即由半胱氨酸决定的LIM域,ZmLIM1-8蛋白都含有2个完整的LIM结构域.
尽管所有ZmLIM的N端都含有典型的LIM结构域,但其C端却不尽相同,主要差别在ZmLIM9-11蛋白C端虽然具有5个高度保守的半胱氨酸残基,并没有形成典型LIM结构域.
注:外显子和内含子分别被填充的方形和单线所表示.
Note:Exonsandintronswereshowedbyfilledboxesandsinglelines,respectively.
图1玉米ZmLIM基因结构Fig.
1GenestructureofmaizeZmLIM21卷玉米科学422.
3玉米LIM蛋白进化分析为了明确11个ZmLIM蛋白之间的进化关系,对其全长蛋白以及N端LIM结构域进行分析,通过邻接法(Neighbor-Joining,NJ)构建系统树结果发现,全长蛋白作种子构建的进化树与LIM域构建的进化树一致,而且最小进化法(MinimumEvolution,ME)构建的进化树也获得与NJ法相同的树形.
依据亲缘关系,将ZmLIM家族蛋白分为3个亚组:第1亚组含有两个LIM结构域,包括4个LIM蛋白,Zm-LIM2、ZmLIM4、ZmLIM5、ZmLIM8;第2亚组也含有两个LIM结构域,包括4个LIM蛋白,ZmLIM1、Zm-LIM3、ZmLIM6、ZmLIM7;第3亚组只含有1个LIM结构域,包括3个LIM蛋白,ZmLIM9、ZmLIM10、ZmLIM11.
为了分析玉米、水稻和拟南芥LIM蛋白之间的亲缘关系,采用NJ法构建了3个物种间的进化树(图2),依然将LIM蛋白分为相同的3个亚组.
含LIM结构域蛋白氨基酸序列采用邻近法进行分析,结点数据表示基于1000次重复检验的步长值.
总体来看玉米LIM蛋白与水稻LIM蛋白间的亲缘关系较与拟南芥要近.
依据进化关系可以将含有2个LIM结构域的玉米LIM蛋白划分为两类,分别与表达模式不同的两类植物LIM蛋白相对应.
玉米ZmLIM2、ZmLIM4、ZmLIM5和ZmLIM8与植物花粉特异(或优先)表达的LIM蛋白OsPLIM2a(LOC_Os02g42820)、OsPLIM2b(LOC_Os04g45010)、OsPLIM2c(LOC_Os10g35930)、AtPLIM2a(At2g45800)、AtPLIM2b(At1g01780)、AtPLIM2c(At3g61230)亲缘关系较近;另外,玉米ZmLIM1、ZmLIM3、ZmLIM6和ZmLIM7与多组织和器官表达的OsWLIM1(LOC_Os12g32620)、OsLIM(LOC_Os06g13030)、OsWLIM2(LOC_Os03g-15940)、AtWLIM1(At1g10200)、AtWLIM2a(At2g39900)、AtWLIM2b(At3g55770)亲缘关系较为接近.
OsWLIM1ZmLIM6ZmLIM3AtWLIM1OsLIMZmLIM7AtWLIM2aAtWLIM2bOsWLIM2ZmLIM1AtPLIM2AtPLIM2cAtPLIM2bOsPLIM2cZmLIM4ZmLIM5OsPLIM2aZmLIM2OsPLIM2bZmLIM8ZmLIM9ZmLIM10ZmLIM111004888999999999843965196579372817260100590.
1注:每个LIM蛋白由物种的首字母标记;玉米LIM蛋白又被填充的菱形突出标记.
Note:AspeciesacronymisaddedbeforeeachLIMproteinname;ZmLIMsweremarkedbyfulldiamond.
图2植物含LIM结构域蛋白进化树Fig.
2PhylogenetictreeofplantLIMdomainproteins2.
4玉米LIM蛋白保守域分析为了分析玉米LIM蛋白保守域,将11个鉴定的玉米ZmLIM蛋白全长序列提交MEME数据库,发现所有LIM蛋白N端都含有一个保守域M1,即43张海燕等:玉米LIM结构域蛋白基因家族分析3期为LIM1结构域,其保守序列为[C-X2-C-X3-(V/I)-X5-L-X7-H-X2-CF-(R/K)-C-X2-C-X3-(L/I)-X4-(Y/F)-X7-Y-(C/H)-(K/R)-X-(H/C)];ZmLIM1-8都具有另外一个保守域M2,即为LIM2结构域,其保守序列为[KC-X2-C-X-KT-(V/A)-YP-X-E-(K/R)-X7-YHK-X-CF-(K/R)-C-X-HGGC-X4-S-X6-G-X-LYCK-X-H];ZmLIM9-11也共享3个高度保守的区域M3、M4和M5,其保守序列分别为[FIPTN-X2-GLIEYRAHPFW-X-QKY-CPSHE-X-D-X-TPRCC]、[RP-X2-KY-X2-L-X-DGR-X-LC-X-ECL-X-SAVMD-X3-CQ-X-LY-X2-I-X4-EG-X2-M-X3-QQ-X-P-X-LLVERQALNEA]、[N-X4-M-X3-P-X2-L-X-RRCEVTAIL-X-LYGLPRL-X-TGSILAHE-X-MH-X2-LRLKG-X-R-X-L-X3-VEEGICQV](图3).
NCBI数据库保守结构域分析发现,ZmLIM9-11也都含有2个结构域:除N端LIM域外,在C端有约210个氨基酸的保守域DUF3633(PFAM12315),该结构域在细菌和真核生物中都很保守,但功能未知.
通过MEME分析得出的M4和M5保守区与NCBI中的DUF3633结构域几乎完全重叠.
注:LIM蛋白保守域分析由MEME网站完成.
从左至右依次出现且对比度不同的长条形代表5种不同的保守域,分别被命名为M1~M5.
Notes:ConservedmotifsofLIMproteinswereinvestigatedbyMEMEwebserver.
ThecontraststripsinlightrepresentedfivespeciesofmotifsfromlefttorightandnamedM1-5respectively.
图3玉米ZmLIM蛋白保守域Fig.
3ConservedmotifinmaizeLIMproteins2.
5玉米LIM家族基因表达模式在NCBI数据库中通过对LIM基因全长cDNA序列进行表达EST的分析,获得玉米LIM家族基因在玉米不同发育时期组织和器官的表达状况(表2).
根据组织器官表达部分可以将LIM基因分成3类:1类为花粉特异表达,包括ZmLIM2、ZmLIM4、Zm原LIM5、ZmLIM8;2类为根特异表达,包括ZmLIM3和ZmLIM6;3类为无组织器官特异性,包括ZmLIM1、ZmLIM9、ZmLIM10和ZmLIM11.
在这3类中,第1类和第2类都是具有2个LIM结构域的蛋白基因,第3类中只有ZmLIM1具有2个LIM结构域,其余3个都为单个LIM结构域.
2.
6玉米LIM基因启动子特异顺式元件在PLACE数据库中对LIM基因翻译起始位点上游1500bp的启动子顺式表达元件进行全面分析,然后选取决定组织特异表达顺式作用元件8个(S000512、S000352、S000215、S000378、S000245、S000254、S000122、S000148)、激素诱导表达元件10个(S000394、S000401、S000270、S000234、S000419、S000439、S000430、S000458、S000323、S000390)和逆境诱导表达元件9个(S000493、S000499、S000505、S000175、S000413、S000250、S000157、S000142、S000508),对这些元件在启动子上的数量进行聚类分析(图4).
在组织特异表达元件分析中,11个ZmLIM基因启动子上花粉特异表达元件分布数量最多,其次是根特异表达元件,茎、叶和种子特异表达元件有零星分布;在激素诱导表达元件分析中,排除可被水杨酸诱导的W-box(S00039011)外,脱落酸、生长素、赤霉素和茉莉酸等激素诱导表达的元件分布都比较少,最多2个;在逆境诱导表达元件分析中,铜、硫、脱水和激发子诱导元件分布依次减少.
21卷玉米科学44LIM1LIM2LIM3LIM4LIM5LIM6LIM7LIM8LIM9LIM10LIM11气生器官果穗胚芽胚乳叶片分生组织子房小穗花粉根芽雌花丝雄花注:黑色三角形表示表达,三角形的数量越多表达越强;空白意味无表达;空三角形表示表达很弱.
Notes:Blacktrianglemeantexpression,amountofwhichrepresentsexpressionstrongly;Blankmeantnon-expression.
Emptytrianglesshowedfeebleexpression.
组织/器官Tissue/organ玉米基因Geneofmaize表2玉米ZmLIM基因表达分析Table2ExpressionanalysisofZmLIMgenesinsilico注:LIM基因1500bp启动子元件分析在PLACE网上进行.
图示结果由Clusterversion3.
0和TreeViewversion1.
60软件完成.
A:ZmLIM启动子上组织特异表达元件的数量.
从左至右依次为根、茎、叶、花粉和种子.
B:ZmLIM启动子上激素诱导元件的数量.
从左至右依次为脱落酸、生长素、赤霉素、茉莉酸/乙烯和水杨酸.
C:ZmLIM启动子上逆境诱导元件的数量.
从左至右依次为铜、硫、铁、干旱、低温和激发子.
Notes:Analysisofvariouselementsin1500bppromoterwasperformedbyPLACEwebsite.
Theresultsofelementsnumberwereacquiredsoftwares.
A,Amountofspecific-tissueelementsdistributedinZmLIMpromoters.
Columnsfromlefttorightrepresentrespectivelyroot,stem,leaf,pollenandseed.
B,Amountofhormones-inducingelementsdistributedinZmLIMpromoters.
ColumnsfromlefttorightrepresentrespectivelyABA,auxin,GA,JA/ETandSA.
C,AmountofelementsinvolvedinstressesdistributedinZmLIMpromoters.
Columnsfromlefttorightrepresentrespectivelycopper,sulfur,iron,dehydration,lowtemperatureandelicitor.
图4玉米ZmLIM基因启动子顺式元件数量分布Fig.
4Amountofcis-elementsinmaizeLIMpromoters45张海燕等:玉米LIM结构域蛋白基因家族分析3期3结论与讨论LIM结构域广泛存在于真核生物中,充当蛋白-蛋白互作的组件行使其蛋白的功能[16].
通常所指的LIM家族是一类半胱氨酸富集蛋白(Cys-RichProteins,CRPs),其典型特征为包括两个相似LIM结构域的200个左右氨基酸残基组成,结构域间被40~50个氨基酸残基分隔[17].
在动物中,定位于细胞核的LIM蛋白参与发育基因的转录调节[18],定位于细胞质中LIM蛋白主要作为ABP参与肌动蛋白细胞骨架形成调节功能如zyxin,EPLIN和CPR1[19~21].
在植物中已发现LIM蛋白参与细胞骨架的调节[22,23].
最近Papuga等[24]全面分析了拟南芥6个LIM蛋白的功能,明确指出拟南芥LIM蛋白是高度专一化的ABP蛋白家族.
通过启动子转基因的方式揭示了拟南芥LIM基因的组织/器官特异表达方式,表明AtLIM确实存在营养生长和生殖生长2种表达模式,更严格地来讲是WLIM1、WLIM2a和WLIM2b在孢子体组织广泛表达,在花粉中无表达或极弱表达;PLIM2a、PLIM2b和PLIM2c在花粉粒中优先且大量表达.
实验证明,拟南芥LIM蛋白都可以作为肌动蛋白的结合蛋白发挥功能,具有不同程度的肌动蛋白结合(WLIM比PLIM结合力强)、稳定和成束调节能力.
已有研究指出,pH值和Ca2+这两个因素之所以为花粉管摆动生长的调解者,主要是通过激活和失活ABPs来实现的[25,26].
Papuga等发现,拟南芥LIM蛋白对pH和Ca2+反应不同,值得关注的是,3个花粉富集的PLIMs可以被相对的高pH值(≥6.
8)失活,然而相同条件下的3个WLIMs却不受影响.
此外,一个植物LIM的同系物人类CRP3(肌肉LIM蛋白)也是以pH值依赖的方式直接与ADF/cofilin2互作[27].
上述结果表明,LIM蛋白在植物和动物中是非常保守的,主要都作为ABP发挥其功能,尤其是在全基因组水平对拟南芥LIM蛋白功能的系统研究,为其他物种的该类蛋白功能研究提供了良好的借鉴.
植物中CRP相关的LIM蛋白形成了小的多拷贝基因家族,但是玉米LIM蛋白功能以及该基因家族的系统分析至今未见报道.
Arnaud等在分析杨树、拟南芥和水稻等植物LIM基因家族时命名了4个含有两个LIM结构域的玉米LIM基因,分别命名为ZmWLIM1、ZmWLIM2、ZmPLIM2a和ZmPLIM2b.
通过序列比对分析,本研究鉴定命名的11个玉米LIM基因中,ZmLIM6、ZmLIM1、ZmLIM2和ZmLIM5依次与Arnaud等命名的玉米LIM基因对应.
不同植物的LIM家族成员数量相差不多,如在水稻和拟南芥中各有6个,目前发现最多的物种杨树有12个LIM蛋白.
早期研究表明,含有两个LIM结构域的基因表达模式可以依据组织或器官表达特异性被分成两个亚家族,WLIM亚家族成员在植物多个组织中均可以表达,而PLIM亚家族成员具有花粉特异性或是花粉优先表达的模式.
依据这样的分类,拟南芥LIM基因可分为3个营养生长期表达的WLIM1、WLIM2a和WLIM2b以及3个生殖生长期表达的PLIM2a-c,而且这样的分类也得到实验的证明.
从拟南芥、水稻和玉米LIM蛋白聚类分析中,玉米LIM被分成3类:第1类包括玉米ZmLIM2、ZmLIM4、ZmLIM5和ZmLIM8以及拟南芥和水稻的WLIMs;第2类包括玉米ZmLIM1、ZmLIM3、ZmLIM6和ZmLIM7以及拟南芥和水稻PLIMs;第3类为玉米ZmLIM9、ZmLIM10和Zm-LIM11,含有单个LIM结构域.
由此可以认为,玉米LIM基因也应该存在ZmPLIMs和ZmWLIMs两种表达模式,该推论也得到玉米LIM基因EST表达数据的支持,即ZmLIM2、ZmLIM4、ZmLIM5和ZmLIM8只在花粉中表达,为PLIM型基因.
本研究鉴定命名了11个玉米LIM蛋白,包括8个双LIM结构域的蛋白和3个单LIM结构域的蛋白.
单LIM结构域蛋白只保留了N端的LIM结构域,C端冉生出新的高度保守的结构域,虽然功能未知,但依然富含半胱氨酸残基,可能是LIM结构域的异化.
另外,通过分析LIM基因启动子发现,无论单LIM结构域还是双LIM结构域的基因启动子上都具有大量的花粉特异表达顺式元件的存在,而且其他供分析的顺式元件也相差不多,这在一定程度上表明单、双结构域LIM基因在基因水平亲缘关系较为密切.
最后,玉米LIM基因结构分析发现,玉米含有双LIM结构域的基因都具有4个内含子,与Arnaud等指出的植物LIM蛋白普遍具有4个内含子的结论一致,表明该类基因进化上的保守性.
本研究在玉米全基因组水平鉴定含有LIM结构域蛋白基因,并分析了该家族11个成员的表达状况.
系统发育分析将LIM家族分为3个亚组,第1和第2亚组蛋白都包括2个典型的LIM结构域,第3亚组有且只有1个LIM结构域.
组织和器官表达特异性分析表明,ZmLIM具有明显的时空表达特性,第2亚组为花粉特异表达基因(PLIMs);第1亚组与第3亚组无组织表达特异性(WPLIMs).
玉米LIM蛋白系统发育分类与基因表达模式的分类结果21卷玉米科学46具有一致性.
ZmLIM基因启动子假定调控元件分析发现,所有启动子都具大量有花粉特异表达元件,其他组织器官特异表达、激素和逆境诱导元件在启动子上分布很少且数量相差不多.
结果表明玉米LIM基因可能主要参与发育调控.
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