ゲノムワイドな探索とグレープバインで ATL E3 ユビキチンリ ガーゼ遺伝子家族の表現メタ分析のための包括的なワークフロー
Summary
この記事は、同定とLevadura でシロイヌナズナ Tóxicos (ATL) E3 ユビキチンリ ガーゼの家族に適用されるグレイプバインの遺伝子ファミリーの解析手順を説明します。
Abstract
家族の遺伝子の分類と命名はできる符号化された蛋白質の多様性の説明と家族の家族機能シーケンス モチーフのまたは特定の存在など、いくつかの機能に基づく予測に大きく貢献します。翻訳後修飾と異なる条件での家族のメンバーの表現のプロフィールのためのサイト。この作品では、遺伝子家族特性評価のための詳しいプロトコルについて説明します。ここでは、プロシージャは、グレイプバインのLevadura でシロイヌナズナ Tóxicos (ATL) E3 ユビキチンリ ガーゼ家族の評価に適用されます。メソッドは、家族、遺伝子の局在化、構造、および重複の特性、保存されている蛋白質のモチーフの解析、タンパク質の局在化とリン酸化部位の予測の網羅的同定と同様遺伝子発現プロファイリング異なる dataset の家族間で。実験目的によってそれ以上の分析に拡張すること、そのようなプロシージャはゲノムのデータが利用可能なすべての植物種の遺伝子家族に適用できる、興味深い候補者を識別するために貴重な情報を提供します機能の研究、植物の環境適応の分子メカニズムに洞察力を与えます。
Introduction
最後の十年の間に、ブドウのゲノムの多くの研究きました。ブドウは、果実の発育と生物的・非生物的ストレスに対する樹木の反応研究のためのモデルとなっている認識された経済的に関連する作物です。このコンテキストでは、2007年1のヴィティス ・ ヴィニヘラ品種 PN40024 ゲノムと 2011年2内の更新されたバージョンのリリースは、”Omics”-スケール データの急速な蓄積と高スループット研究のバーストをもたらした。公開されたシーケンス データに基づいて、(一般に節約されたモチーフ、構造や機能の類似性と進化の関係を共有するタンパク質から成る) のある特定の遺伝子家族の包括的な分析を実行できるを明らかにする、分子機能と進化、遺伝子発現プロファイル。これらの分析は、遺伝子ファミリーがゲノム全体のレベルでの生理学的プロセスを制御する方法を理解することに貢献できます。
プラントのライフ サイクルの多くの側面は、規則的な細胞プロセスを確保するため売り上げ高は微調整を必要とする主要タンパク質のユビキチンを介した分解によって規制されています。重要なユビキチンを介した分解プロセスのコンポーネント、E3 ユビキチンリ ガーゼ、特定のターゲット3の採用により、システムの柔軟性のために責任があります。したがって、これらの酵素は、シロイヌナズナのゲノム4、特定の標的タンパク質のユビキチン化の演技各 E3 ユビキチンリ ガーゼで予測した約 1,400 E3 リガーゼ エンコーディング遺伝子を持つ巨大な遺伝子家族を表しています。植物の細胞の調節において基質特異的ユビキチン化の重要性にもかかわらずユビキチン経路の規制方法について知られている少しといくつかのケースでのみ標的タンパク質が同定されています。このような特異性と調節のメカニズムを解読するのに依存している最初同定と解析、特に、システムのさまざまなコンポーネントの E3 リガーゼ。ユビキチンリ ガーゼの間で ATL 亜科はシロイヌナズナリング H2 指ドメイン5,6、防衛およびホルモンの応答7で役割を果たしてそれらのいくつかの表示で識別された 91 のメンバーによって特徴付けられます。
新しい遺伝子家族のメンバーを定義する最初の重要なステップは、コンセンサス モチーフ、キー ドメイン蛋白質シーケンスの特性など、家族の機能の正確な定義です。確かに、高炉解析に基づくすべての遺伝子家族のメンバーの信頼性の高い検索には、いくつかの必須の順序特性は、特定のタンパク質ドメインのタンパク質機能/活性タンパク質の署名としての責任が必要です。これは、他の植物種の同じ遺伝子ファミリーの前の評価によって促進されるまたは推定一般的なシーケンスを分離する別の植物種で同じファミリーに属する別の遺伝子を分析することによって達成できます。家族付けることも、個別に指定された植物種の国際コンソーシアムによって解決一般的なルールに従います。グレープバインには、例えば、このような手順にさらされてV. vinifera 、 a を含む系統樹の構築を確立するブドウ遺伝子アノテーション (sNCGGa) の超命名委員会の勧告遺伝子の注釈を許可する遺伝子家族のメンバーはヌクレオチド シーケンス8に基づきます。
家族と遺伝子重複調査の染色体の局在は、全ゲノムまたはタンデム重複遺伝子の存在を強調表示できます。このような情報はそれ機能的冗長性を表示したり、さまざまな状況、すなわち、非機能化、新機能、またはサブ機能化9を明らかにするので推定の遺伝子の機能を解明するために有用であります。両方ネオ- とサブ-functionalization は、遺伝的の目新しさは、新しい細胞成分を植物環境10の変化に適応を作成する重要なイベント。特に、遺伝子の重複と新しい遺伝子の生産されたブドウのゲノムの進化の過程で非常に頻繁に、グレイプバインの近位とタンデム重複から新しく形成された遺伝子が新しいを生成する可能性が高い関数11。
遺伝子家族機能の解読においてもう一つ重要な要因は、トランスクリプトームのプロファイルです。トランスクリプトーム データの膨大な量にアクセス権を与えるパブリック データベースの可用性は、大規模なインシリコ発現解析を用いた遺伝子家族のメンバーに推定する機能を割り当てる従って悪用できます。確かに、いくつかの遺伝子が特定の植物器官または一定応力に対する応答の特異な表現を定義済みの条件に対応するタンパク質の推定の役割に関するいくつかのヒントを与えるでき、可能性についての仮説を応援しますさまざまな課題に対応するため重複遺伝子のサブ機能化。その目的のための複数のデータセットを考慮することが重要です: これらはすでに利用可能な遺伝子式マトリックス、グレープバイン器官の発達段階12ゲノム ・ トランスクリプトームのアトラスなどをすることができますまたはアドホックで構築することができます定義応力を受ける特定の植物種のためのトランスクリプトームのデータセットを取得しています。また、単純なアプローチは、2 つの行列を使用して、1 つはペアの類似性データ、他の 1 つのペアの共発現係数適用できます遺伝子ファミリー内のシーケンス類似性と遺伝子発現パターン間の関係を評価します。
この作業の目的も達成するために、タンパク質局在化とリン酸化部位の予測として遺伝子構造、節約された蛋白質のモチーフ、染色体、遺伝子重複と発現パターンを定義するグローバルなアプローチを提供することです、植物の遺伝子ファミリーの網羅的な評価。このような包括的なアプローチは、グレイプバインの ATL E3 ユビキチンリ ガーゼ家族の特性にここで適用されます。7主要な細胞プロセスの調節に ATL 亜科のメンバーの出現の役割によるとこの作品がよく機能研究のための強い候補者の識別を支援でき最終的に支配する分子メカニズムを解明、この重要な作物の環境への適応。
Protocol
Representative Results
Discussion
ゲノム時代の多くの遺伝子家族は深くいくつかの植物の種で特徴づけられています。この情報は、機能の研究は、家族の別のメンバーの役割をさらに調査するためのフレームを提供します。このコンテキストで、冗長性と名前は異なる遺伝子に独立して割り当てられて別の研究グループがときに発生する混乱を避けること、家族の各メンバーを一意に識別できるように命名システムの必要性?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
仕事は、共同のプロジェクト 2014 (特性グレイプバインの ATL の遺伝子ファミリーとPlasmopara 大期に抵抗に関与) の枠内でヴェローナ大学によって支えられました。
Materials
| Personal computer | |||
| Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) | https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi | ||
| Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) | http://www.megasoftware.net/ | ||
| Motif-based sequence analysis tools (MEME) | http://meme-suite.org/ | ||
| Geneious | Biomatters Limited | http://www.geneious.com/ | |
| ProtParam Tool | http://web.expasy.org/protparam/ | ||
| ngLOC | http://genome.unmc.edu/ngLOC/index.html | ||
| TargetP v1.1 Server | http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/ | ||
| Protein Prowler | http://bioinf.scmb.uq.edu.au:8080/pprowler_webapp_1-2/ | ||
| MUsite | http://musite.sourceforge.net/ | ||
| Pfam | http://pfam.xfam.org/ | ||
| TMHMM Server v. 2.0 | http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/ | ||
| ProtScale | http://web.expasy.org/protscale/ | ||
| Grape Genome Database (CRIBI) | http://genomes.cribi.unipd.it/grape/ | ||
| PhenoGram | http://visualization.ritchielab.psu.edu/phenograms/plot | ||
| MCScanX | http://chibba.pgml.uga.edu/mcscan2/ | ||
| Interactive Tree Of Life (iTOL) | http://itol.embl.de/ | ||
| UniProt | http://www.uniprot.org/ | ||
| Phylogeny.fr | http://www.phylogeny.fr/index.cgi | ||
| MUSCLE | http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/ | ||
| Gblocks Server | http://molevol.cmima.csic.es/castresana/Gblocks_server.html | ||
| Vitis vinifera cv. Corvina gene expression Atlas datamatrix | https://www.researchgate.net/publication/273383414_54sample_datamatrix_geneIDs_Fasoli2012 | ||
| Multi Experiment Viewer (MeV) | http://mev.tm4.org/#/welcome | ||
| Sequence Read Archive (SRA) | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra | ||
| R | https://www.r-project.org/ | ||
| EMBOSS Needle (EMBL-EBI) | http://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/emboss_needle/ |
References
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