棉花CAD基因家族的生物信息学分析

Bioinformatic Analysis of the CAD Gene Family in Cotton

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摘要苯丙烷代谢是植物重要的次生代谢途径之一,其代谢产物在植物的生长发育中发挥着重要作用.肉桂酸脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydrogenase,CAD)是苯丙烷代谢途径的关键酶之一,在棉花纤维品质形成中起着十分重要的调节作用.为了更好地了解CAD基因家族在二倍体雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)、四倍体陆地棉(AD1)和海岛棉(AD2)基因组中的数量和分布情况,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉全基因组中分别鉴定出16、16、28和25个CAD基因家族成员,进一步分析了这些CAD家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系及CAD基因在陆地棉不同器官组织中的表达等.结果表明,4个棉种全基因组分别编码16、16、28和25个CAD基因.亚细胞定位将这些棉花CAD基因的表达产物均定位于细胞质.雷蒙德氏棉有14个CAD成员基因分布在5条染色体上,亚洲棉有13个CAD成员基因分布在5条染色体上,陆地棉28个CAD成员基因、海岛棉25个CAD基因分别分布在10条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,CAD基因结构较为复杂,均含有内含子和外显子;功能结构域分析发现,有棉花CAD蛋白具有高度保守的ADH_N和ADH_zinc_N 2个功能域;根据系统发育分析结果,将CAD基因家族分成3个亚类.大部分CAD基因在陆地棉的不同器官中均有表达,部分在棉花纤维中表达量较高.分析结果为进一步研究棉花CAD基因家族各成员的功能奠定了理论基础.