野生花生全基因组抗病相关LOX基因的生物信息学分析宋辉赵术珍侯蕾乔善良赵传志李爱芹王兴军摘要：脂肪氧合酶（lipoxygenases，LOX）是生物体内一种重要的双加氧酶，其在植物发育以及响应生物和非生物胁迫时发挥重要作用。本研究从Arachisduranensis和Arachisipaensis两个野生花生基因组中各鉴定出18个LOX基因，分别命名为AdLOX1～18和AiLOX1～18。在AdLOX5、AdLOX7、AiLOX8和AiLOX18基因的CDS序列中发现提前终止翻译的终止密码子，而AiLOX9基因的CDS序列过短，推测这些基因可能是假基因。染色体定位结果显示，AdLOX和AiLOX基因主要分布在2、3、6、8、9和10号染色体上，且其直系同源基因分布在两套染色体相同或相近的位置。通过分析AdLOX和AiLOX基因与已知功能LOX基因的亲缘关系发现，AdLOX6、、AdLOX9、AdLOX11、AdLOX12、AdLOX17、AiLOX1、AiLOX4、AiLOX6、AiLOX16和AiLOX17基因可能参与花生的抗病过程，启动子分析结果也支持这一结论。基因选择压力研究表明，AdLOX和AiLOX基因在进化历程中受到纯化选择。关键词：野生花生；LOX基因家族；抗病；系统发育；选择压力：S656.201文献标识号：A：1001-4942（2015）10-0001-07花生（ArachishypogaeaL.）作为重要的油料经济作物被广泛地种植在热带和亚热带地区。目前，花生属中已经鉴定了80个种。大多数的野生花生为二倍体，而栽培花生为异源四倍体（AABB）植物。大量研究表明，栽培花生的二倍体祖先分别是提供A基因组的Arachisduranensis和提供B基因组的Arachisipaensis。栽培花生对多种病虫害的抗性低，近年来，病虫害危害严重，造成花生大面积减产。而野生花生由于长期适应不同的恶劣环境，对病虫害有很高的抗性，甚至对有些严重影响栽培花生的病害免疫。因此，研究野生花生对病原菌的抗性机理，鉴定、挖掘野生花生中的抗病基因资源，对培育抗病能力强的优异花生新品种具有重要意义。2014年，A.duranensis和A.ipaensis全基因组测序工作已经完成，为从全基因组水平上分析和鉴定野生花生的抗病基因、研究其抗病机理奠定了坚实基础。LOX蛋白是一种非血红素铁酶（non-hemeironcontainingenzymes），该酶广泛地分布在动物、植物和微生物中。其主要功能是通过LOX途径降低多不饱和脂肪酸（polyunsaturatedfattyacids）的含量。在LOX途径中，过氧化氢物（hydroperoxides）被转化为氧化脂类（oxylipins），而氧化脂类能激活LOX途径下游的多种酶，包括过氧化氢裂解酶（hydroperoxidelyase）、过氧化氢环化酶（peroxygenase）、丙二烯氧合酶（alleneoxidesynthase）和二乙烯基醚合酶（divinylethersynthase）。在植物中，氧化脂类和其衍生物，例如茉莉酸和乙醛等，已经被证实参与植物的抗病和抗虫等过程。因此，研究LOX基因对阐明植物的抗病和抗虫机理具有重要的作用。在拟南芥（Arabidopsisthaliana）中，AtLOX2基因被确定参与茉莉酸途径；当拟南芥受到生物胁迫时，AtLOX1基因的表达也会上调。栽培花生LOX基因在抗病方面的研究已有报道。Burow等克隆了栽培花生AhLOX1基因，当花生受到茉莉酸、伤害和曲霉侵染时，该基因的表达会显著提高。在栽培花生成熟种子中过量表达AhLOX2和AhLOX3基因，会提高其抵御黄曲霉侵染的能力。但花生LOX基因家族的系统研究尚未见报道。目前，关于LOX基因家族的分类主要有两种方法。第一种方法是根据亚油酸（linoleicacid）被氧化的顺序分为9-LOX（C-atom9）和13-LOX（C-atom13）。第二种方法是根据氨基酸序列的相似性将LOX基因分为TypeI-LOX和TypeⅡ-LOX，TypeI-LOX的序列相似性约为75%，其N段缺少一段叶绿体运输多肽；而TypeⅡ-LOX的序列相似性约为35%，其N段存在叶绿体运输多肽，且具有13-LOX活性。本研究利用生物信息学方法从A.duranensis和A.ipaensis基因组中分别鉴定出18个LOX基因，从分子系统进化、染色体定位和选择压力方面对AdLOX和AiLOX基因进行了系统的分析，并参考已报道的参与植物免疫过程的LOX基因，预测了在A.duranensis和A.ipaensis中参与植物免疫反应的LOX基因。1材料与方法1.1二倍体野生花生LOX基因序列的获得从花生基因组计划网站（http：//peanutbase.org/）下载A.duranensis和A.ipaensis基因组序...