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

ATP結合框（ATP-binding Cassette，ABC）轉運蛋白家族是生物界已知最大、功能最廣泛的蛋白質超家族，其成員在作物產量、品質和抗性形成中均發(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ABC蛋白，然而多數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亞族基因進行了比較進化分析，并對水稻ABC家族B亞族（ABCB）基因組織器官和脅迫下的表達模式進行了全面研究。
通過在水稻基因組注釋數據庫和擬南芥信息資源數據庫中進行比對搜索共鑒定出水稻和擬南芥27個和29個ABCB基因，發(fā)現其外顯子數目、編碼蛋白質的長度和分子量在兩種植物中均有較大變異，而等電點分布的變化較小。系統(tǒng)發(fā)育分析把該亞族蛋白分為4個亞組，說明其功能可能已經發(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行了擴張。片段復制和串聯重復是水稻ABC家族擴張的主要機制。
結構域分析表明所有蛋白均含有TMD，說明這些蛋白均是跨膜轉運蛋白，而且所有蛋白結構域的排列順序均為TMD–NBD，代表了該亞族蛋白結構的基本特征。多序列比對顯示，核苷酸結合域（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；跨膜結構域（TMD）在不同蛋白之間和同一蛋白內沒有明顯的保守性。
表達模式分析顯示，水稻ABCB基因可以分成四個亞組（I-IV），說明該亞族基因的表達已經發(fā)生了顯著的分化。沒有ABCB基因表現出組成型表達，說明該亞族基因具有明顯的組織特異性。非生物脅迫下表達的芯片數據分析表明，亞組I三個基因（OsABCB6、OsABCB7和OsABCB9）表達均被高鹽和低溫處理所誘導。亞組II六個基因表達均被干旱和高鹽處理所誘導，但不受低溫處理的影響。亞組III中OsABCB2、OsABCB5和OsABCB19的表達被低溫處理誘導，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個基因均被干旱處理顯著抑制，部分基因同時被高鹽或低溫處理抑制。此外，一些組織器官表達類似的基因在脅迫下也表現出相似的表達模式。
水稻旁系同源基因Ka和Ks分析表明，其Ka/Ks值均遠小于1，表明強的純化選擇在復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。其余三個旁系對在不同組織器官中的表達相互補充，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化歷史及功能的基本信息，為下一步水稻ABC基因在物質轉運、脅迫應答和生長發(fā)育過程中的功能研究奠定了基礎。

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