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凤尾蕨科旱生蕨类rbcL基因的适应性进化和共进化分析
  • ISSN号:2095-0837
  • 期刊名称:植物科学学报
  • 时间:2011
  • 页码:409-416
  • 分类:Q941[生物学—植物学]
  • 作者机构:[1]中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室,中国科学院武汉植物园,武汉430074
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(31000171 30970290); 中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCX2-YW-Z-0940)
  • 相关项目:铁角蕨属不同生态型植物隐花色素基因家族的适应性进化研究
中文摘要:

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco,EC 4.1.1.39)是植物参与光合作用的关键酶,其大亚基由叶绿体rbcL基因编码。为深入理解凤尾蕨科植物对干旱生境的分子适应机制,本研究以53种凤尾蕨科旱生植物的rbcL基因为对象,展开适应性进化和共进化研究。采用位点间可变ω比值模型以及SLAC、REL和FEL等方法进行的适应性进化分析显示:在氨基酸水平上共有15个正选择位点(66S、84E、139L、235G、245I、252A、273Y、295K、296N、299M、307G、330E、349S、365F、404A),其中位点245I、252A和273Y对维持Rubisco功能起重要作用。共进化分析共鉴定出2组共进化位点,分别由139L、273Y、295K和273Y、295K、349S组成,这些氨基酸位点间的共进化方式与蛋白质的疏水性和分子量都显著相关。以上结果一方面支持基于ω比值检验DNA编码序列发生适应性进化的有效性,另一方面也提示凤尾蕨科植物对干旱生境的适应可能与rbcL基因的适应性进化有关。

英文摘要:

Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase /oxygenase(Rubisco,EC 4.1.1.39) is the key photosynthesis enzyme in plants,whose large subunit is encoded by the chloroplast rbcL gene.To better understand the molecular adaption mechanisms of Pteridaceae ferns acclimating to xeric habitats,both adaptive evolutionary and coevolutionary analyses were performed on the rbcL gene sequences of 53 Pteridaceae xeric fern species.The adaptive evolutionary analyses under variable ω ratio sites as well as SLAC,REL and FEL methods indicated that 15 amino acid residues(66S,84E,139L,235G,245I,252A,273Y,295K,296N,299M,307G,330E,349S,365F and 404A) were positively selected.In particular,three sites(245I,252A and 273Y) played an important role in maintaining enzymatic function.The subsequent coevolutionary analysis revealed two groups of coevolutionary residues(139L,273Y and 295K) and(273Y,295K and 349S),which showed that their coevolutionary patterns were significantly related to protein hydrophobicity and molecular weight.This research consolidated that evolutionary models using ω as an indicator of selective pressure provide valuable analysis of the adaption of protein encoding sequences.In addition,this study also demonstrated that Pteridaceae ferns may respond to xeric habitats by adaptively modifying the rbcL gene.

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期刊信息
  • 《植物科学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院武汉植物园、湖北省植物学会
  • 主编:李绍华
  • 地址:武汉市武昌磨山中科院武汉植物园内
  • 邮编:430074
  • 邮箱:editor@wegcas.cn; zwkxbjb@wbgcas.cn
  • 电话:027-87510755
  • 国际标准刊号:ISSN:2095-0837
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1817/Q
  • 邮发代号:38-103
  • 获奖情况:
  • 获“1994-1995”年度湖北省优秀期刊,1997年获第二届全国优秀科技期刊三等奖,2000年获第四届中科院优秀期刊三等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,波兰哥白尼索引,美国剑桥科学文摘,美国生物科学数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:1276