IF=4.1|玉米ARF基因家族的泛基因组分析和表达验证

“ 2025年2月Frontiers in plant science 杂志发表了一篇题为“ Pan-genome analysis and expression verification of the maize ARF gene family”的泛基因家族文章。” 本研究基于玉米泛基因组...

“ 2025年2月Frontiers in plant science 杂志发表了一篇题为“

Pan-genome analysis and expression verification of the maize ARF gene family”的泛基因家族文章。”

本研究基于玉米泛基因组数据，全面鉴定了ZmARF家族成员，分析了其基因结构、染色体分布、进化关系及变异特征。结合不同组织及胁迫条件下的表达数据，验证了关键ZmARF基因的表达模式，并探讨其可能的生物学功能。

随着泛基因组学研究的不断深入，基因家族系统性分析已成为揭示作物复杂性状遗传基础与调控机制的重要手段。

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家族成员鉴定

文章选取了Hufford等人研究中的26个玉米品种泛基因组数据集作为研究数据，并从Pfam数据库下载ARF的隐马尔科夫模型PF06507。通过HMMER搜索(e<10-5)及Pfam、SMART数据库二次确认，最终共鉴定出35个ARF家族成员，分布在26个玉米基因组中。

针对26个品种中分别存在的ARF基因数量绘制柱状图(图A)35个家族成员中包含21个core基因、10个soft-core基因、4个dispensable基因、0个特有基因。最终展示14个非核心基因在26个玉米品系中存在与否热图(图B)

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泛基因家族分析内容

02-1. 蛋白长度展示及系统发育树构建

展示35个成员在不同品系基因组中的蛋白长度，热图(图C)

将玉米和拟南芥的ARF基因结构域序列构建树，参考doi: 10.1186/1471-2164-12-178文章将树分为6个亚家族，G1-G6。如图D，有的亚家族中全是核心基因、不同亚家族包含的ARF成员数目不相同。

02-2. 选择压力分析

使用KaKs Calculator计算每个ARF家族成员的Ka/Ks值，其中ARF8和ARF11的峰值超过1，表明受到正向选择(图A)。通过热图的方式展示Ka/Ks>1的数据，结果中突出ARF8、ARF11和ARF18表现出较高的Ka/Ks值。表明这些基因在玉米发育过程中受到了选择压力(图B)。

02-3. 结构变异分析

选取B73基因组作为参考基因组进行建库，随后采用ANNOVAR对结构变异进行注释得到玉米结构变异文件。从变异文件中提取数据，得到ARF2、ARF3、ARF4和ARF25在结构变异和非结构变异情况下表达量存在显著差异。(图A)选取参考基因组B73和变异程度最高的Ki3分别进行保守基序分析(图B)，表明结构变异对ARF的保守结构域有显著影响。

之后展示玉米26个基因组中 ARF4 基因的基因结构和保守结构域

02-4. 顺式作用元件预测

选取B73和Ki3品中基因组中的ARF成员分别进行顺式作用元件预测，将结果中元件数目最多的前20个元件统计并绘制柱状图。将元件按照相关功能分为4大类(图A为B73、图B为Ki3)。结果表明结构变异会影响植物的光合作用和激素反应等生理过程。

02-5. 蛋白互作网络分析

根据已有的玉米IAA(生长素)家族成员，与ARF家族成员进行蛋白互作网络分析。如图，ARF家族中有9个成员与IAA家族中的28个成员间有较强的互作关系。由此推断，这9个ARF家族成员在生长素信号传导过程中与生长素的亲缘关系更为密切。

02-6. 基因表达模式分析

从SRA数据库中检索了玉米胚和种子各个发育时期的转录组数据，得到ARF家族成员在各个发育时期的表达情况并绘制热图。这些结果表明ARF家族成员在玉米胚和种子的早期发育中起着至关重要的作用。

02-7. 对干旱和盐胁迫下的响应

选取12个重点关注的ARF基因，以玉米B73为实验材料，在胁迫处理后的不同时间点取样。利用RT-qPCR分析获得表达量，并绘制柱状图(图A为干旱胁迫、图B为盐胁迫)。如图，ZmARF成员对干旱胁迫和盐胁迫均有不同程度的响应。其中，仅ARF4在干旱胁迫和盐胁迫下表达量随胁迫时间的增加而逐渐增加，表明其在响应非生物胁迫中起着重要作用。

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发表于 3天前
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分类：文献解读

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