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ABC家族是生物界已知最大、功能最廣泛的蛋白質(zhì)超家族，其成員在作物產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性形成中發(fā)揮重要作用。本作品建立了一套利用生物信息學(xué)方法對植物基因家族進(jìn)行進(jìn)化研究的技術(shù)路線，并對水稻ABC家族B亞族的進(jìn)化機(jī)制、表達(dá)特征和功能分化進(jìn)行了全面研究，發(fā)現(xiàn)該亞族經(jīng)歷了物種特異性擴(kuò)張，其成員在特定組織和器官中表達(dá)并受非生物脅迫的調(diào)控，并鑒定出了不同基因的可能功能。其結(jié)果為水稻ABC基因功能研究提供重要參考。

ATP結(jié)合框（ATP-binding Cassette，ABC）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族是生物界已知最大、功能最廣泛的蛋白質(zhì)超家族，其成員在作物產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性形成中均發(fā)揮重要作用。水稻是重要的糧食作物，其基因組編碼超過130個(gè)ABC蛋白，然而多數(shù)成員的功能還不清楚。本作品對水稻和擬南芥ABC家族成員最多、功能最廣泛的B亞族基因進(jìn)行了比較進(jìn)化分析，并對水稻ABC家族B亞族（ABCB）基因組織器官和脅迫下的表達(dá)模式進(jìn)行了全面研究。
通過在水稻基因組注釋數(shù)據(jù)庫和擬南芥信息資源數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對搜索共鑒定出水稻和擬南芥27個(gè)和29個(gè)ABCB基因，發(fā)現(xiàn)其外顯子數(shù)目、編碼蛋白質(zhì)的長度和分子量在兩種植物中均有較大變異，而等電點(diǎn)分布的變化較小。系統(tǒng)發(fā)育分析把該亞族蛋白分為4個(gè)亞組，說明其功能可能已經(jīng)發(fā)生了分化；在水稻和擬南芥中各鑒定了6對和9對旁系同源基因，說明單、雙子葉植物分離之后，該亞族在水稻和擬南芥中均以物種特異的方式進(jìn)行了擴(kuò)張。片段復(fù)制和串聯(lián)重復(fù)是水稻ABC家族擴(kuò)張的主要機(jī)制。
結(jié)構(gòu)域分析表明所有蛋白均含有TMD，說明這些蛋白均是跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，而且所有蛋白結(jié)構(gòu)域的排列順序均為TMD–NBD，代表了該亞族蛋白結(jié)構(gòu)的基本特征。多序列比對顯示，核苷酸結(jié)合域（NBD）的Walker A、Walker B和ABC域基序均高度保守，而Q環(huán)和H環(huán)的保守性略差；跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）在不同蛋白之間和同一蛋白內(nèi)沒有明顯的保守性。
表達(dá)模式分析顯示，水稻ABCB基因可以分成四個(gè)亞組（I-IV），說明該亞族基因的表達(dá)已經(jīng)發(fā)生了顯著的分化。沒有ABCB基因表現(xiàn)出組成型表達(dá)，說明該亞族基因具有明顯的組織特異性。非生物脅迫下表達(dá)的芯片數(shù)據(jù)分析表明，亞組I三個(gè)基因（OsABCB6、OsABCB7和OsABCB9）表達(dá)均被高鹽和低溫處理所誘導(dǎo)。亞組II六個(gè)基因表達(dá)均被干旱和高鹽處理所誘導(dǎo)，但不受低溫處理的影響。亞組III中OsABCB2、OsABCB5和OsABCB19的表達(dá)被低溫處理誘導(dǎo)，OsABCB20和OsABC21被高鹽處理顯著抑制，其余基因不受顯著影響。亞組IV的8個(gè)基因均被干旱處理顯著抑制，部分基因同時(shí)被高鹽或低溫處理抑制。此外，一些組織器官表達(dá)類似的基因在脅迫下也表現(xiàn)出相似的表達(dá)模式。
水稻旁系同源基因Ka和Ks分析表明，其Ka/Ks值均遠(yuǎn)小于1，表明強(qiáng)的純化選擇在復(fù)制后基因功能的保留中發(fā)揮了重要作用。功能分化分析表明，旁系對OsABCB8/OsABCB13發(fā)生了無功能化或假基因化、旁系對OsABCB5/OsABCB6、OsABCB20/OsABCB21發(fā)生了新功能化。其余三個(gè)旁系對在不同組織器官中的表達(dá)相互補(bǔ)充，其功能分化可以解釋為亞功能化。
這些成果提供了該家族進(jìn)化歷史及功能的基本信息，為下一步水稻ABC基因在物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、脅迫應(yīng)答和生長發(fā)育過程中的功能研究奠定了基礎(chǔ)。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎
1.第一作者，水稻ABCB轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的分子進(jìn)化和表達(dá)分析, 中國水稻科學(xué),2011第6期待發(fā)（已接受發(fā)表，錄用證明見附件）;
2.XX大學(xué)第六屆“挑戰(zhàn)杯”動感地帶大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽生命科學(xué)類特等獎。