Genom kapsamındaki bir tanımlama ve ifade Meta-Analizi ATL E3 Ubikuitin ligaz gen ailesinin asma için kapsamlı iş akışı
Summary
Bu makalede tanımlama ve asma Arabidopsis Tóxicos Levadura içinde (ATL) E3 Ubikuitin ligazlar aile için uygulanan bir gen aile karakterizasyonu için yordam açıklanır.
Abstract
Sınıflandırma ve genlerin bir aile adlandırma önemli ölçüde kodlanmış protein çeşitliliği açıklaması ve aile işlevleri sıra motifler veya belirli gibi çeşitli özelliklerini temel alan tahmin katkıda bulunabilir translasyon modifikasyon ve farklı koşullarda aile üyelerinin ifade profil için siteler. Bu eser gen aile karakterizasyonu için detaylı bir protokolünü açıklar. Burada, yordamı Arabidopsis Tóxicos Levadura içinde (ATL) E3 Ubikuitin ligaz aile asma karakterizasyonu uygulanır. Aile üyeleri, gen yerelleştirme, yapısı ve çoğaltma karakterizasyonu, korunmuş protein motifleri analiz, protein fosforilasyon ve yerelleştirme siteleri tahmin genom çapında tanımlaması yöntemleri içerir yanı sıra gen ifadesi farklı DataSet’lerdeki aile arasında profil oluşturma. Deneysel amaçlar bağlı olarak daha fazla analiz için uzun olabilir, gibi işlem herhangi bir gen aile içinde kendileri için genomik veri kullanılabilen herhangi bir bitki türü için uygulanabilir ve ilginç adayları tanımlamak için değerli bilgiler sağlar fonksiyonel çalışmalar için bitki adaptasyon çevreleri için moleküler mekanizmaları anlayışlar veren.
Introduction
Son on yılda, asma genomik çok araştırma yapılmıştır. Grapevine araştırma meyve geliştirme ve odunsu bitkilerin yanıt-e doğru biyotik ve abiyotik stres için bir model haline gelmiştir tanınan bir ekonomik olarak uygun ürün var. Bu bağlamda, Vitis vinifera cv. PN40024 genom 20071 ve onun güncelleştirmek yorum 20112 serbest bırakılması için “Omics” ölçekli veri hızlı bir birikimi ve yüksek üretilen iş çalışmaların bir patlama yol açtı. Yayımlanmış sıra verilere dayanarak, kapsamlı bir analiz (genellikle korunmuş motifleri, yapısal ve/veya fonksiyonel benzerlikler ve evrimsel ilişkilerini paylaşımı proteinlerin oluşan) bir verilen gen ailesinin şimdi yapılabilir ortaya çıkarmak için onun Moleküler işlevler, evrim ve gen ifade profilleri. Bu analizler nasıl gen aileler bir genom geneli düzeyinde fizyolojik süreçleri kontrol anlamak için katkıda bulunabilir.
Bitki yaşam döngüsü birçok açıdan Ubikuitin-aracılı bozulması normal hücresel süreçler sağlamak için ince ayarlı bir ciro gerektirir anahtar proteinlerin tarafından düzenlenmektedir. Önemli bileşenleridir Ubikuitin-aracılı bozulma sürecinin E3 Ubikuitin ligazlar, hangi sistem esneklik, belirli hedefleri3alımı sayesinde sorumludur. Buna göre bu enzimlerin büyük gen ailesi, Arabidopsis thaliana genom4, belirli hedef proteinler ubiquitination için oyunculuk her E3 Ubikuitin ligaz öngörülen yaklaşık 1.400 E3 ligaz kodlama genler ile temsil eder. Substrat özgü ubiquitination tesislerinde hücresel yönetmelikte önemi rağmen nasıl ubiquitination yolu düzenlenir hakkında az şey bilinmektedir ve hedef proteinler sadece birkaç durumda tespit edilmiştir. Böyle özgüllük ve düzenleme mekanizmaları deşifre ilk kimlik ve özellikle sistemin farklı bileşenlerinin karakterizasyonu E3 ligazlar kullanır. Ubikuitin ligazlar arasında ATL alt familya 91 üye bir yüzük-H2 parmak etki alanı5,6, bazıları savunma ve hormon yanıt-e doğru7‘ rol görünen A. thaliana tanımlanan karakterizedir.
Yeni bir gen aile üyelerini tanımlamak için ilk önemli adım fikir birliği motifleri, anahtar etki alanları ve protein dizi özellikleri gibi aile özellikleri kesin tanımıdır. Nitekim, patlama analize dayalı tüm gen aile üyeleri güvenilir alınmasını etki alanlarındaki belirli protein protein işlevi/etkinlik, protein imza olarak hizmet veren sorumlu bazı zorunlu serisi özellikleri gerektirir. Bu önceki diğer bitki türleri aynı gen ailesinde karakterizasyonu tarafından kolaylaştırdı veya farklı genler putatively ortak sıraları ayırmak için farklı bitki türü içinde aynı aileye ait analiz ederek elde. Aile üyeleri daha sonra tek tek uluslararası konsorsiyum tarafından verilen bitki türleri için yerleşmiş ortak kurallarına adlandırılabilir. Grapevine içinde Örneğin, süper adlandırma V. vinifera ve A. thaliana dahil olmak üzere bir filogenetik ağaç inşaatı kurulması Komitesi üzüm Gene ek açıklama (sNCGGa), için öneriler gibi işlem tabi tutulur gen ek açıklama izin vermek için gen aile üyeleri üzerinde nükleotit dizileri8dayalı.
Kromozom yerelleştirme aile üyeleri ve gen çoğaltma anket izin bütün-genom veya tandem yinelenen genler varlığı vurgulayarak. Bu tür bilgiler bir işlevsel artıklık göstermek veya farklı durumlarda, Yani, Sigara functionalization, neo-functionalization veya alt functionalization9ortaya beri sözde gen fonksiyonları, çözülmeye yararlı görünür. Genetik yenilik, değişen ortamlar10bitki adaptasyon için yeni hücresel bileşenleri sağlama oluşturmak önemli olaylar her iki neo – ve alt – functionalization vardır. Özellikle, mükerrer atalarının genlerinin ve üretim yeni genlerin asma genom evrimi sırasında çok sık ve proksimal ve tandem mükerrer asma kaynaklanan yeni kurulan genler daha yeni üretmek olasılığı işlevleri11.
Gen aile işlevi deşifre başka bir önemli faktör transcriptomic profilidir. Transcriptomic veri çok büyük miktarda erişimlerini ortak veritabanları kullanılabilirliğini böylece sözde işlevleri büyük ölçekli silico ifade analizleri kullanarak gen aile üyelerine atamak için yararlanılabilir. Nitekim, bazı genler belirli bitki organlarında veya yanıt olarak bazı gerilmeler tuhaf ifade tanımlanmış koşullarında ilgili proteinlerin sözde rolleri ile ilgili bazı ipuçları vermek ve mümkün hakkında hipotezler destek vermek alt functionalization yinelenen genlerin farklı sorunlara yanıt vermek için. Bu amaçla, çeşitli veri kümeleri dikkate almak önemlidir: Bu zaten mevcut gen ifade matrisleri, genom-wide transcriptomic atlas asma organlar ve gelişim aşamalarında12, gibi olabilir ya da özel tarafından inşa edilebilir transcriptomic veri kümeleri için tanımlanmış stresleri tabi belirli bitki türleri için alınıyor. Ayrıca, iki matrisi kullanarak basit bir yaklaşım, bir ikili benzerlik verilerle ve ikili işbirliği ifade katsayıları ile diğer bir sıra benzerlik ve ifade desenleri bir gen ailesi içinde arasındaki ilişkileri değerlendirmek için uygulanabilir.
Bu çalışmanın amacı, gen yapısı, korunmuş protein motifleri, kromozom konumu, gen Mükerrer ve ifade desenleri, de protein fosforilasyon ve yerelleştirme siteleri ulaşmak için tahmini tanımlayan genel bir yaklaşım sağlamaktır bir bitkilerde gen aile ayrıntılı karakterizasyonu. Geniş kapsamlı bir yaklaşım burada ATL E3 Ubikuitin ligaz aile asma karakterizasyonu uygulanır. Göre ortaya çıkan rolü önemli hücresel işlemleri7düzenlenmesinde ATL alt familya üyelerinin bu eser de fonksiyonel çalışmalar için güçlü adaylar belirlenmesine yardımcı ve sonunda yöneten moleküler mekanizmaları unravel Bu önemli ürün kendi ortamına adaptasyonu.
Protocol
Representative Results
Discussion
Genomik dönemde, birçok gen aile derinden birkaç bitki türü karakterize. Bu bilgiler için ön fonksiyonel çalışmalar ve daha fazla bir ailenin farklı üyesi rolünü araştırmak için bir çerçeve sağlar. Bu bağlamda, bir adlandırma sistemi izin kaçınarak artıklık ve adları bağımsız olarak farklı genler için farklı araştırma gruplarınca atandığında ortaya çıkabilecek karışıklıklara bir aile, her üye benzersiz olarak tanıtmak için bir ihtiyaç da vardır.
<p class="jove_content…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
İş ortak proje 2014 (karakterizasyonu ATL gen ailesinin asma ve direnç Plasmopara viticolaonun tutulumu) çerçevesinde Verona Üniversitesi tarafından desteklenmiştir.
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
- Jaillon, O., et al. The grapevine genome sequence suggests ancestral hexaploidization in major angiosperm phyla. Nature. 449 (7161), 463-467 (2007).
- Adam-Blondon, A. -. F., et al. . Genetics, Genomics, and Breeding of Grapes. , 211-234 (2011).
- Chen, L., Hellmann, H. Plant E3 Ligases: Flexible Enzymes in a Sessile World. Mol. Plant. 6 (5), 1388-1404 (2013).
- Vierstra, R. D. The ubiquitin-26S proteasome system at the nexus of plant biology. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10 (6), 385-397 (2009).
- Serrano, M., Parra, S., Alcaraz, L. D., Guzmán, P. The ATL Gene Family from Arabidopsis thaliana and Oryza sativa Comprises a Large Number of Putative Ubiquitin Ligases of the RING-H2 Type. J. Mol. Evol. 62 (4), 434-445 (2006).
- Aguilar-Hernández, V., Aguilar-Henonin, L., Guzmán, P. Diversity in the Architecture of ATLs, a Family of Plant Ubiquitin-Ligases, Leads to Recognition and Targeting of Substrates in Different Cellular Environments. PLoS One. 6 (8), e23934 (2011).
- Guzmán, P. The prolific ATL family of RING-H2 ubiquitin ligases. Plant Signal Behav. 7 (8), 1014-1021 (2012).
- Grimplet, J., et al. The grapevine gene nomenclature system. BMC Genomics. 15, 1077 (2014).
- Prince, V. E., Pickett, F. B. Splitting pairs: the diverging fates of duplicated genes. Nat. Rev. Genet. 3 (11), 827-837 (2002).
- Magadum, S., Nerjee, U., Murugan, P., Gangapur, D., Ravikesavan, R. Gene duplication as a major force in evolution. J. Gen. 92 (1), 155-161 (2013).
- Wang, N. Patterns of Gene Duplication and Their Contribution to Expansion of Gene Families in Grapevine. Plant Mol. Biol. Rep. 31 (4), 852-861 (2013).
- Fasoli, M. The Grapevine Expression Atlas Reveals a Deep Transcriptome Shift Driving the Entire Plant into a Maturation Program. Plant Cell. 24 (9), 3489-3505 (2012).
- . BLAST2.6.0 Available from: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi (2016)
- . Vitis vinifera cv. Corvina gene expression Atlas Available from: https://www.researchgate.net/publication/273383414_54sample_datamatrix_geneIDs_Fasoli2012 (2015)
- . Sequence Read Archive (SRA) Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra (2017)
- Bolger, A. M., Lohse, M., Usadel, B. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics. 30 (15), 2114-2120 (2014).
- Langmead, B., Salzberg, S. L. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2. Nat Meth. 9 (4), 357-359 (2012).
- Anders, S., Pyl, P. T., Huber, W. HTSeq-a Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics. 31 (2), 166-169 (2015).
- . Version 3.4.1 Available from: https://www.r-project.org/ (2017)
- Ritchie, M. E. limma powers differential expression analyses for RNA-sequencing and microarray studies. Nucleic Acids Res. 43 (7), e47 (2015).
- Love, M. I., Huber, W., Anders, S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biology. 15 (12), 550 (2014).
- Ariani, P. Genome-wide characterisation and expression profile of the grapevine ATL ubiquitin ligase family reveal biotic and abiotic stress-responsive and development-related members. Sci. Rep. 6, 38260 (2016).
- Vitulo, N., et al. A deep survey of alternative splicing in grape reveals changes in the splicing machinery related to tissue, stress condition and genotype. BMC Plant Biol. 14 (1), 99 (2014).
- Overbeek, R., Fonstein, M., D’Souza, M., Pusch, G. D., Maltsev, N. The use of gene clusters to infer functional coupling. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96 (6), 2896-2901 (1999).
- Dalquen, D. A., Dessimoz, C. Bidirectional Best Hits Miss Many Orthologs in Duplication-Rich Clades such as Plants and Animals. Genome Biol. Evol. 5 (10), 1800-1806 (2013).
- Remm, M., Storm, C. E. V., Sonnhammer, E. L. L. Automatic clustering of orthologs and in-paralogs from pairwise species comparisons1. J. Mol. Biol. 314 (5), 1041-1052 (2001).
- Kaduk, M., Sonnhammer, E. Improved orthology inference with Hieranoid 2. Bioinformatics. 33 (8), (2017).
- Cramer, G. R., et al. Transcriptomic analysis of the late stages of grapevine (Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon) berry ripening reveals significant induction of ethylene signaling and flavor pathways in the skin. BMC Plant Biol. 14, 370 (2014).
- Juretic, N., Hoen, D. R., Huynh, M. L., Harrison, P. M., Bureau, T. E. The evolutionary fate of MULE-mediated duplications of host gene fragments in rice. Genome Res. 15 (9), 1292-1297 (2005).
- Filichkin, S. A. Genome-wide mapping of alternative splicing in Arabidopsis thaliana. Genome Res. 20 (1), 45-58 (2010).
- Quesada, V., Macknight, R., Dean, C., Simpson, G. G. Autoregulation of FCA pre-mRNA processing controls Arabidopsis flowering time. EMBO J. 22 (12), 3142-3152 (2003).
- Wong, D. C. J., Gutierrez, R. L., Gambetta, G. A., Castellarin, S. D. Genome-wide analysis of cis-regulatory element structure and discovery of motif-driven gene co-expression networks in grapevine. DNA Res. 24 (3), 311-326 (2017).
- Wong, D. C. J., Matus, J. T. Constructing Integrated Networks for Identifying New Secondary Metabolic Pathway Regulators in Grapevine: Recent Applications and Future Opportunities. Front. Plant Sci. 8, 505 (2017).
