Flux de travail complet pour le génome-large d’Identification et de la Meta-analyse de l’Expression de la famille des gènes ATL E3 ubiquitine Ligase à Grapevine
Summary
Cet article décrit la procédure pour l’identification et la caractérisation d’une famille de gènes dans la vigne à cette famille d’ Arabidopsis Tóxicos dans Levadura (ATL) E3 ubiquitine ligases.
Abstract
Classification et nomenclature des gènes dans une famille peuvent contribuer significativement à la description de la diversité des protéines et à la prévision de fonctions familiales selon plusieurs caractéristiques, telles que la présence de motifs de séquence ou de particulier sites de modification post-traductionnelle et le profil d’expression des membres de la famille dans des conditions différentes. Cet ouvrage décrit un protocole détaillé pour la caractérisation des gènes familiaux. Ici, la procédure est appliquée à la caractérisation de la famille Arabidopsis Tóxicos dans Levadura (ATL) E3 ubiquitine ligase à grapevine. Les méthodes comprennent l’identification de tout le génome des membres de la famille, la caractérisation de la localisation du gène, la structure et les doubles emplois, l’analyse des motifs de protéine conservée, la prédiction des sites de localisation et de la phosphorylation des protéines ainsi que Profil d’expression génique au sein de la famille dans différents ensembles de données. Telle procédure, qui pourrait être étendu à de nouvelles analyses selon des fins expérimentales, pourrait être appliquée à toute famille de gènes à des espèces végétales pour lesquelles il existe des données génomiques, et il fournit des renseignements précieux pour identifier les candidats intéressants pour des études fonctionnelles, donnant un aperçu des mécanismes moléculaires de l’adaptation des plantes à leur environnement.
Introduction
Au cours de la dernière décennie, beaucoup de recherche a été effectuée en génomique de la vigne. Vigne est une culture économiquement pertinente reconnue, qui est devenu un modèle pour la recherche sur le développement de fruits et sur les réponses des plantes ligneuses aux stress biotiques et abiotiques. Dans ce contexte, la libération du Vitis vinifera CV PN40024 génome en 20071 et sa version mise à jour en 20112 conduit à une accumulation rapide de données à l’échelle « omiques » et à un éclatement des études de haut débit. Selon les données publiées de séquence, l’analyse détaillée d’une famille de gène donné (généralement composée de protéines partageant des motifs conservés, les similitudes structurelles ou fonctionnelles et les relations évolutives), peut désormais être réalisée afin de découvrir ses les fonctions moléculaires, évolution et profils d’expression génique. Ces analyses peuvent contribuer à comprendre comment familles de gènes contrôlent les processus physiologiques à une échelle du génome.
Plusieurs aspects du cycle de vie végétale sont réglementées par dégradation ubiquitine-mediated de protéines clés, qui exigent un chiffre d’affaires adaptée pour garantir des processus cellulaires réguliers. Important les composants du processus de dégradation induite par l’ubiquitine sont l’E3 ubiquitine ligases, qui sont responsables de la souplesse du système, grâce au recrutement de cibles spécifiques3. En conséquence, ces enzymes représentent une famille de gènes énorme, avec environ 1 400 E3 ligase-codage gènes prévues dans Arabidopsis thaliana génome4, chaque ubiquitine ligase E3 agissant pour l’ubiquitination des protéines cibles spécifiques. Malgré l’importance de l’ubiquitination de substrat spécifique dans la régulation cellulaire chez les plantes, on connaît mal comment la voie de l’ubiquitination est réglementée et protéines cibles ont été identifiées que dans de rares cas. Le déchiffrage de ces mécanismes de la spécificité et la régulation s’appuie d’abord sur l’identification et la caractérisation des différentes composantes du système, en particulier l’E3 ligases. Entre ubiquitine ligases, la sous-famille des ATL se caractérise par 91 membres identifiés chez a. thaliana affiche un anneau-H2 doigt domaine5,6, certains d’entre eux jouant un rôle dans la défense et l’hormone réponses7.
La première étape cruciale pour définir les membres d’une nouvelle famille de gènes est la définition précise des caractéristiques familiales, tels que les motifs de consensus, les domaines clés et caractéristiques de séquences de protéines. En effet, la récupération fiable de tous les membres de famille de gène BLAST analyse nécessite certaines caractéristiques de la séquence obligatoire, dans les domaines de protéine responsables de la protéine fonction/activité, servant de signature de la protéine. Cela peut être facilité par la caractérisation antérieure de la même famille de gènes chez d’autres espèces végétales ou obtenu en analysant les différents gènes putativement appartenant à la même famille dans différentes espèces de plantes, d’isoler les séquences communes. Les membres de la famille peuvent alors être individuellement nommés suivant des règles communes, a été réglées par un consortium international pour une espèce végétale donnée. Dans la vigne, par exemple, cette procédure est soumis aux recommandations du Comité de Nomenclature Super pour l’Annotation de gène de raisin (sNCGGa), établissant la construction d’un arbre phylogénétique y compris V. vinifera et a. thaliana membres de famille de gène pour permettre l’annotation de gène issu des séquences de nucléotides8.
Localisation chromosomique des membres de la famille et enquête sur la duplication génique permettent mettant en évidence la présence de gènes dupliqués génome entier ou tandem. Cette information semble utile pour démêler les fonctions des gènes putatifs, puisqu’elle pourrait voir la redondance fonctionnelle ou révéler des situations différentes, c’est-à-dire, non-fonctionnalisation, neo-fonctionnalisation ou subsidiaire fonctionnalisation9. Les deux néo – et sous-sous – functionalization sont des événements importants qui créent la nouveauté génétique, fournissant de nouveaux composants cellulaires pour l’adaptation des plantes à l’évolution des environnements10. En particulier, les duplications de gènes ancestraux et production de nouveaux gènes ont été très fréquentes au cours de l’évolution du génome vigne et nouvellement formé de gènes provenant des duplications proximales et tandem à grapevine étaient plus susceptibles de produire une nouvelle fonctions11.
Un autre facteur clé à déchiffrer la fonction des gènes familiaux est le profil de transcriptomique. La disponibilité des bases de données publiques donnant accès à une quantité énorme de données transcriptomiques peut être ainsi exploitée pour attribuer des fonctions aux membres de famille de gène à grande échelle en silico analyses d’expression. En effet, l’expression particulière de certains gènes dans les organes de la plante spécifique ou en réponse à certaines contraintes peut donner quelques conseils au sujet des rôles présumés des protéines correspondantes dans les conditions définies et apporter un soutien à des hypothèses sur la possible auxiliaire de fonctionnalisation de gènes dupliqués pour répondre aux différents défis. À cette fin, il est important de tenir compte de plusieurs ensembles de données : ceux-ci peuvent être gène déjà disponible des matrices d’expression, tels que l’atlas du génome transcriptomique des organes de la vigne et des stades de développement,12, ou peut être construits ad hoc par récupération des ensembles de données transcriptomiques pour les espèces de plante particulière soumises à des contraintes définies. En outre, une approche simple à l’aide de deux matrices, avec données de similitude par paires et l’autre avec des coefficients de co-expression par paire peuvent être appliqués afin d’évaluer les relations entre modèles de similitude et d’expression de séquence au sein d’une famille multigénique.
Le but de ce travail est de fournir une approche globale, définissant la structure des gènes, motifs de protéine conservée, localisation chromosomique, duplications géniques et profils d’expression, comme bien la prédiction des sites de localisation et de la phosphorylation des protéines, pour atteindre un caractérisation exhaustive d’une famille de gènes chez les plantes. Une telle approche globale est appliquée ici à la caractérisation de la famille ATL E3 ubiquitine ligase vigne. Selon le rôle émergent des ATL sous-famille des membres dans la régulation des processus cellulaires clés7, ce travail peut bien aider l’identification des candidats solides pour des études fonctionnelles et éventuellement élucider les mécanismes moléculaires régissant la adaptation de cette culture importante à son environnement.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans l’ère de la génomique, de nombreuses familles de gènes ont été profondément caractérisés chez plusieurs espèces de plantes. Cette information est préliminaire à des études fonctionnelles et fournissent un cadre pour étudier davantage le rôle des différents membres d’une famille. Dans ce contexte, il y a également un besoin pour un système de nomenclature permettant d’identifier de manière unique chaque membre d’une famille, en évitant la redondance et les confusions qui peuvent survenir lo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le travail a été soutenu par l’Université de Vérone, dans le cadre de Joint projet 2014 (caractérisation de la famille de gènes ATL dans la vigne et de son implication dans la résistance au Plasmopara viticola).
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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