甘蓝型油菜肌醇加氧酶基因家族鉴定与表达分析.pdf

浙江大学学报（农业与生命科学版）49（4）：484 496，2023Journal of Zhejiang University(Agric.&Life Sci.)http：/ 杭州 310018；2.浙江大学农业与生物技术学院，浙江 杭州 310058；3.浙江省农业技术推广中心，浙江 杭州 310020）摘要 肌醇加氧酶（myo-inositol oxygenase,MIOX）催化肌醇转化为葡糖醛酸，在响应生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。本研究对甘蓝型油菜MIOX家族基因（BnMIOX）进行了全基因组鉴定和表达模式分析。结果表明，BnMIOX家族包括12个成员，分布在9条染色体上；根据MIOX基因结构域特点，可以将甘蓝型油菜与拟南芥、白菜和甘蓝构建的系统进化树分为、3个亚家族；且共线性分析中没有找到串联重复基因对，全部为大片段复制基因，表明片段重复和全基因组重复是甘蓝型油菜MIOX基因家族扩增的主要驱动力。转录组数据分析表明，BnMIOX基因在不同组织、不同生长发育过程中的时空表达模式不同。不同胁迫下的表达谱分析表明，BnMIOX1基因在干旱、盐胁迫下被显著诱导表达，且BnMIOX1、BnMIOX2和BnMIOX9基因对干旱、盐、脱落酸（abscisic acid,ABA）和冷胁迫响应较为明显。蛋白质互作网络分析结果进一步表明，BnMIOX与GLCAK、PIS1、VTC2、VTC4、PDF2.1等蛋白存在互作，推测BnMIOX基因在提高甘蓝型油菜抗性过程中发挥关键作用。本研究为进一步探讨BnMIOX基因的功能提供了依据。关键词 甘蓝型油菜；肌醇加氧酶；基因家族；非生物胁迫；基因表达中图分类号 S565.4 文献标志码 A引用格式 陈书冰,许孜书,黄倩,等.甘蓝型油菜肌醇加氧酶基因家族鉴定与表达分析J.浙江大学学报(农业与生命科学版),2023,49(4):484-496.DOI:10.3785/j.issn.1008-9209.2022.09.281CHEN Shubing,XU Zishu,HUANG Qian,et al.Identification and expression analysis of myo-inositol oxygenase gene family in Brassica napus L.J.Journal of Zhejiang University(Agriculture&Life Sciences),2023,49(4):484-496.Identification and expression analysis of myo-inositol oxygenase gene family in Brassica napus L.CHEN Shubing1,XU Zishu1,HUANG Qian2,ZHANG Hui3,ZHANG Kangni2,DUAN Yi1,SUN Yuee1,ZHOU Weijun2,XU Ling1*(1.College of Life Sciences and Medicine,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,Zhejiang,China;2.College of Agriculture and Biotechnology,Zhejiang University,Hangzhou 310058,Zhejiang,China;3.Zhejiang Agricultural Technology Extension Center,Hangzhou 310020,Zhejiang,China)Abstract Myo-inositol oxygenase(MIOX)catalyzes the conversion of myo-inositol to glucuronic acid and plays an important role in response to biotic and abiotic stresses.In this study,the genome-wide identification and expression pattern analysis of the MIOX family gene in Brassica napus L.(BnMIOX)were conducted.The results showed that the BnMIOX family included 12 members distributed across nine chromosomes.According to DOI：10.3785/j.issn.1008-9209.2022.09.281基金项目：浙江省科技计划项目（2022C02034）；浙江省农业重大技术协同推广计划项目（2021XTTGLY02）；现代作物生产省部共建协同创新中心项目（CIC-MCP）。通信作者（Corresponding author）：许玲（https:/orcid.org/0000-0003-0749-6195），E-mail：第一作者（First author）：陈书冰（https:/orcid.org/0000-0001-6587-8322），E-mail：收稿日期（Received）：2022-09-28；接受日期（Accepted）：2023-02-09第 4 期陈书冰，等：甘蓝型油菜肌醇加氧酶基因家族鉴定与表达分析the characteristics of MIOX gene domain,the phylogenetic tree of B.napus,Arabidopsis thaliana,B.rapa and B.oleracea could be divided into subfamilies,and.No tandem repeat gene pairs were found in the collinearity analysis,and all of them were large segment replication genes,demonstrating that segmental duplication and whole-genome duplication were the main driving forces for the MIOX gene family amplification in B.napus.The transcriptomic data indicated that BnMIOX genes showed different temporal and spatial expression patterns in different tissues and different growth and development processes.Expression profiles under different stresses demonstrated that the expression of BnMIOX1 gene was obviously induced under drought and salt stresses,while BnMIOX1,BnMIOX2,and BnMIOX9 genes had significant responses to drought,salt,abscisic acid(ABA),and cold stresses.The results of the protein interaction network analysis further showed that the BnMIOX interacted with proteins including GLCAK,PIS1,VTC2,VTC4,and PDF2.1,implying that BnMIOX genes play key roles in improving the resistance of B.napus.This study provides an important basis for further investigation of the function of BnMIOX genes.Key words Brassica napus L.;myo-inositol oxygenase(MIOX);gene family;abiotic stress;gene expression油菜是世界四大油料作物之一，也是我国食用油的主要来源。甘蓝型油菜（Brassica napus L.）属于异源四倍体（AACC，n=19），由白菜（B.rapa；AA，n=10）与甘蓝（B.oleracea；CC，n=9）通过种间自然杂交后经双倍化进化而来1，在我国长江中下游流域广泛种植。甘蓝型油菜基因组较复杂，继其亲本白菜和甘蓝基因组测序完成后，法国科学家于2014年完成了甘蓝型油菜的基因组测序工作，结果表明甘蓝型油菜基因组包含十多万个蛋白质编码基因2。该研究成果为鉴定甘蓝型油菜肌醇加氧酶（myo-inositol oxygenase,MIOX）基因家族奠定了重要基础。肌醇（myo-inositol,MI）是一类在植物生长发育过程中发挥重要作用的小分子，参与植物细胞壁生物合成、生长素运输、逆境响应等生理过程3。肌醇-1-磷酸合酶（myo-inositol-1-phosphate synthase,MIPS）是MI生物合成的限速酶，MIOX则是催化MI分解的关键酶4。MIOX是一类单加氧酶，催化MI氧化生成葡糖醛酸，植物通过MIOX调控MI代谢产物水平5-6。MIOX蛋白最初在大鼠肾脏提取物中被发现并纯化，但由于其化学性质不稳定，有关MIOX作用机制的研究进展缓慢，直至21世纪初，通过电泳分离方法才得到纯度较高的MIOX蛋白7。有研究表明，MIOX基因在糖尿病并发症的器官（如神经组织、视网膜等）中也有少量表达8-11。此外，在爪蟾胚胎发育中的时间和空间表达谱分析表明，MIOX基因是一个在肾脏中特异性表达的基因，为爪蟾肾脏发育研究提供了特异性标志12。植物学领域的研究表明，MIOX蛋白较为保守，MIOX基因在多个物种中具有渗透调节、抗氧化调节等功能，能够响应干旱、高盐、重金属等非生物胁迫。水稻（Oryza sativa L.）MIOX基因主要在根中表达，通过清除活性氧（reactive oxygen species,ROS）来提高水稻的抗旱性13。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，MIOX基因家族有4个成员，过表达MIOX4基因可以显著提高拟南芥对冷、热和盐胁迫的耐受性14-15，MIOX2和MIOX4基因在长期黑暗和碳饥饿条件下均上调表达16-17。番茄（Solanum lycopersicum）MIOX基因与维生素 C 的生物合成密切相关，过表达 MIOX4基因可以显著促进番茄叶片和果实中维生素C的积累，并提高其抗氧化性18。YANG 等的研究表明，MhMIOX2 基 因 可 以 增 强 湖 北 海 棠（Malus hupehensis Rehd.）对盐胁迫的抗性19。总之，MIOX基因在植物响应非生物胁迫过程中发挥了积极作用。截 至 目 前，甘 蓝 型 油 菜 MIOX 家 族 基 因（BnMIOX）及其在各组织和非生物胁迫下的表达情况还鲜见报道。本研究基于甘蓝型油菜全基因组信息，对其MIOX基因家族进行鉴定与分析，通过转录组数据对BnMIOX基因的表达模式进行分析，并进一步开展BnMIOX基因的蛋白质互作网络和蛋白质三维结构预测分析。本研究结果可为BnMIOX家族功能的研究提供理论基础。1 材料与方法1.1 BnMIOX 家族成员的鉴定与系统发育关系构建从油菜基因组数据库BRAD（http:/brassicadb.485第 49 卷浙 江 大 学 学 报（农业与生命科学版）cn）中下载甘蓝型油菜的全部蛋白质序列，从Pfam数据库（http:/pfam.xfam.org/family/PF05153）中下载MIOX蛋白特征结构域的隐马尔可夫模型，并使用HMMER 软件（https:/www.ebi.ac.uk/Tools/hmmer/）进行鉴定，其中e值设置为102。此外，为进一步验证所鉴定的甘蓝型油菜MIOX基因家族成员，利用SMARAT 网站（http:/smart.embl-heidelberg.de）和NCBI网站中的BLAST-P（https:/blast.ncbi.nlm.nih.gov）进行比对，保留带有MIOX结构域的候选基因。利 用 ExPASy 网 站（http:/www.expasy.org）分 析BnMIOX 基因的理化性质，通过在线工具 CELLO（http:/cello.life.nctu.edu.tw/）进行亚细胞定位预测。利用 MEGA7 软件中的 ClustalW 程序对拟南芥、白菜、甘蓝和甘蓝型油菜4个物种中所有MIOX基因的结构域蛋白质序列进行比对和分析，并使用MEGA7软件中的最大似然法（maximum likelihood,ML）构建系统发育树，测试重复次数设置为1 000次。最终检索到的BnMIOX家族成员用于后续分析。1.2 基因结构和基序（motif）分析为进一步揭示甘蓝型油菜中MIOX基因家族的进化关系，本研究对其基因结构和基序进行了预测分析。使用perl脚本从甘蓝型油菜基因组注释文件中提取该基因的外显子-内含子位置信息，以获得BnMIOX基因的结构信息，并使用MEME Suite网站（http:/meme-suite.org/）进行基序分析，设置提取10个基序结果。使用TBtools v1.098745软件将分析结果可视化。1.3 BnMIOX中与应激相关的顺式作用元件鉴定启动子中，顺式作用元件在调控基因表达中起着重要作用。为深入了解MIOX基因的潜在功能和调控机制，利用Plant CARE数据库（http:/bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）对已鉴定的BnMIOX基因上游1.5 kb区域的顺式作用元件进行分析，获得部分应激响应元件和激素响应元件的信息。1.4 染色体定位与基因共线性分析根据BnMIOX基因在染色体上的物理位置信息，将其定位到甘蓝型油菜基因组的19条染色体上。基因家族扩增通常是由基因复制引起的，其中串联复制和片段复制是最突出的2种基因复制类型。为了解 BnMIOX 家族基因的扩增机制，利用BLAST网站和MCScanX软件分析甘蓝型油菜基因组内的基因复制事件。为研究MIOX基因家族在不同物种间的亲和性和进化关系，本研究选取了5种双子叶植物拟南芥、甘蓝、亚麻荠（Camelina sativa）、白菜和番茄，以及1种单子叶植物（水稻）进行多物种的基因共线性分析。1.5 BnMIOX家族组织表达模式分析基于 SUN 等20在 NCBI 中上传的转录组数据（GenBank 登录号为 PRJNA394926），对鉴定到的BnMIOX基因在油菜品种 中双11号 的12个组织中的表达情况进行分析。从国家基因组科学数据中心（https:/ acid,ABA）胁迫相关的油菜叶片转录组数据（GenBank登录号为CRA001775），分析各非生物胁迫下甘蓝型油菜叶片中BnMIOX基因的表达模式。1.6 蛋白质三维结构预测将BnMIOX基因的蛋白质序列提交至SWISS-MODEL网站（https:/swissmodel.expasy.org），并基于同源性模型预测BnMIOX蛋白的三维结构，再将模型预测结果提交到 SAVES 网站（https:/saves.mbi.ucla.edu/）进行评估，如超过3个评估软件认为合格并显示通过，则表明该预测结果可靠。1.7 蛋白质互作网络预测使用在线网站 OrthoVenn2（https:/ BnMIOX 基因参与的互作调控网络，筛选出甘蓝型油菜与拟南芥之间存在的同源基因对，再基于同源性方法利用STRING数据库（https:/string-db.org/）预测BnMIOX蛋白与其他蛋白质之间的相互作用。2 结果与分析2.1 BnMIOX家族性质分析结果通过HMMER软件在甘蓝型油菜基因组数据中鉴定出12个具有MIOX激酶结构域的蛋白质，并结合NCBI网站和SMART网站进一步确定为甘蓝型油菜MIOX基因家族成员，将其命名为BnMIOX1BnMIOX12（表1）。从中可知：12个BnMIOX蛋白的长度为168561个氨基酸，对应的分子量为19.8763.03 kDa。亚细胞定位结果表明，BnMIOX1 和BnMIOX9基因分别定位在细胞核和质膜上，其余基486第 4 期陈书冰，等：甘蓝型油菜肌醇加氧酶基因家族鉴定与表达分析因均定位于细胞质中。利用拟南芥中鉴定出的4个MIOX基因、甘蓝中鉴定出的6个MIOX基因、白菜中鉴定出的6个MIOX 基因与 12 个 BnMIOX 基因的结构域蛋白质序列共同构建系统发育树。从图1中可以看出：甘蓝型油菜MIOX基因家族与其他相近物种间的序列同源性较高，表明MIOX基因在不同物种进化过程中发挥着相似的功能。此外，这些序列除至少含有1个MIOX结构域外，还包含多种其他类型的结构域，表明 MIOX 基因家族的功能具有多样化的特征。2.2 BnMIOX家族的保守基序和基因结构分析利用TBtools v1.098745软件分析12个BnMIOX成员的系统发育关系、基因结构和基序特征。从图2中可知：根据各基因结构域特点，可以将BnMIOX成员分为、3个亚家族；BnMIOX家族具有相对保守的基因结构和蛋白质功能结构域，其外显子数目为715（图2A）。有关BnMIOX家族的基序分析结果（图2B）显示，所有BnMIOX成员都包含基序3、6。此外，同一亚家族内的BnMIOX成员由相似的基序组成，而不同亚家族间的BnMIOX成员在基序组成上存在明显差异。如BnMIOX亚家族成员包含基序1、2、3、4、6、7、10；BnMIOX亚家族成员包含基序1、2、3、4、5、6、8；BnMIOX亚家族成员包含基序1、3、6或基序1、2、3、4、6、10或基序3、6、9。综上所述，12个BnMIOX成员的保守基序和基因结构在同一亚家族中的分布比较相似。2.3 对启动子区域中顺式作用元件的分析基因活性通常与启动子区域21密切相关。基因启动子区域的顺式作用元件在响应植物生长发育和环境变化22-23过程中发挥重要作用。本研究在12个BnMIOX基因上游鉴定出多种顺式作用元件，包括MYB结合位点（MYB-binding site,MBS）、脱落酸响应元件（abscisic acid responsive 表1 BnMIOX家族的序列特征Table 1 Sequence characteristics of the BnMIOX family基因GeneBnMIOX1BnMIOX2BnMIOX3BnMIOX4BnMIOX5BnMIOX6BnMIOX7BnMIOX8BnMIOX9BnMIOX10BnMIOX11BnMIOX12基因编号Gene IDBnaA01g23900DBnaA02g08540DBnaA03g47910DBnaA07g00980DBnaA09g10050DBnaC02g12100DBnaC07g01430DBnaC07g40160DBnaC08g16200DBnaC09g10140DBnaC05g49660DBnaAnng22250D染色体定位Location onchromosomeA01A02A03A07A09C02C07C07C08C09C05_randomAnn_random氨基酸数目Number ofamino acids561316310312317316312310168317306306分子量Molecular weight/kDa63.0336.7336.3336.5436.9736.9936.5536.2319.8737.0236.0835.99等电点Isoelectric point(pI)8.024.935.035.145.054.955.144.949.065.154.984.89亚细胞定位Subcellular location细胞核细胞质细胞质细胞质细胞质细胞质细胞质细胞质质膜细胞质细胞质细胞质Bo8g066090Bo5g019730Bo9g027930BnMIOX10Bra036701Bra023739Bra026209BnMIOX5BnMIOX9BnMIOX1BnMIOX12BnMIOX11BnMIOX7BnMIOX4Bra039021Bo7g005440Bo7g110790AT2G19800AT1G14520Bra035627Bra041014BnMIOX2Bo2g034050BnMIOX6AT5G56640AT4G26260BnMIOX8BnMIOX3 代表拟南芥；代表甘蓝；代表白菜；代表甘蓝型油菜。represents A.thaliana;represents B.oleracea;represents B.rapa;represents B.napus.图1甘蓝型油菜、拟南芥、白菜和甘蓝中MIOX蛋白序列的系统发育树Fig.1Phylogenetic tree of MIOX protein sequences in B.napus,A.thaliana,B.rapa and B.oleracea487第 49 卷浙 江 大 学 学 报（农业与生命科学版）element,ABRE）和低温响应元件（low-temperature responsive element,LTR）等。为分析BnMIOX基因在非生物胁迫中的内在调控机制，本研究从众多元件中选择了几个与应激反应和激素胁迫相关的响应元件进行可视化分析，结果如图3所示。在几种激素响应元件中（表2），茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,MeJA）响应元件数量较多，说明该激素在植物生长调节中起着至关重要的作用。另外2组重要的元件分别为赤霉素响应元件（P-box）和水杨酸响应元件（TCA-element），这些激素响应元件共同调节激素的动态平衡，维持植物的正常生长。此外，本研究还预测到了几种与植物生长发育相关的响应元件，如参与防御和应激反应、干旱和低温响应的元件（表2）。这些元件相对稀少，但它们所在的基因在植物中具有特定且相对保守的功能。由此可知，植物可以通过不同种类响应元件之间的协同作用来应对外界环境的变化。2.4 基因染色体定位及共线性分析结果BnMIOX11、BnMIOX12基因位于未组装的染色体支架上，不能定位到具体的染色体上。其余10个BnMIOX基因分布在9条染色体上（图4），其中，5个BnMIOX基因位于An亚基因组，5个BnMIOX基因位于Cn亚基因组，表明BnMIOX基因随机分布在An或Cn亚基因组中，与基因在染色体上的定位不具有规律性相吻合。种间基因共线性分析得出有 13 个片段重复（图5），全部为发生在不同染色体上的大片段复制基因。部分BnMIOX基因可能是由基因复制产生，且片段复制事件在BnMIOX基因的扩增中发挥了重要作用。2.5 多物种间的共线性分析从多物种间的共线性分析结果（图6）可以看出，MIOX基因在5种双子叶植物中均具有同源性，但在单子叶植物水稻中却未发现同源基因。甘蓝ABUntranslated regionExonIntron01002003004005006003BnMIOX8BnMIOX3BnMIOX2BnMIOX6BnMIOX4BnMIOX7BnMIOX5BnMIOX10BnMIOX9BnMIOX11BnMIOX12BnMIOX1Number of amino acids5BnMIOX8BnMIOX3BnMIOX2BnMIOX6BnMIOX4BnMIOX7BnMIOX5BnMIOX10BnMIOX9BnMIOX11BnMIOX12BnMIOX1012343Sequence length/kb57 Motif 74 Motif 410 Motif 102 Motif 21 Motif 16 Motif 63 Motif 35 Motif 58 Motif 89 Motif 9A.BnMIOX家族的基因结构；B.BnMIOX家族的保守基序。A.Gene structures of BnMIOX family;B.Conserved motifs of BnMIOX family.图2BnMIOX家族的基因结构和保守基序Fig.2Gene structures and conserved motifs of BnMIOX family488第 4 期陈书冰，等：甘蓝型油菜肌醇加氧酶基因家族鉴定与表达分析型油菜中共有10个MIOX基因与其他物种表现出共线性，分别是拟南芥（8个）、甘蓝（10个）、亚麻荠（10个）、白菜（9个）和番茄（5个）。单个同源基因表现为一对多或多对一，这种共线性关系在甘蓝型油菜与亚麻荠的基因组比对中表现得最为明显，反映出两者的亲缘关系更近。甘蓝型油菜与其他物种基因组间的基因复制和共线性关系表明，这些MIOX基因在进化过程中发挥着特殊的作用。2.6 BnMIOX基因在油菜不同组织中的表达模式12个BnMIOX基因在油菜不同组织中的表达谱如图7所示，结果表明，可将BnMIOX基因的表达模式分为 2 类：第一类包含 10 个成员（BnMIOX5、BnMIOX6、BnMIOX12、BnMIOX2、BnMIOX10、BnMIOX9、BnMIOX11、BnMIOX1、BnMIOX4、BnMIOX7），其中 BnMIOX11、BnMIOX1、BnMIOX4、BnMIOX7在各个组织中的表达量均较低或者不表达，但BnMIOX5、BnMIOX6、BnMIOX12、BnMIOX2、BnMIOX10、BnMIOX9 在单个或多个组织中高表达，如BnMIOX6在花和雄蕊中表达量较高；第二类包含2个成员（BnMIOX3、BnMIOX8），他们的表达量相似，均在花、雄蕊以及枯萎雌蕊、开花雌蕊中表达量较高，但在幼嫩雌蕊中表达量较低。通过对基因表达模式进行分析，可以在一定程度上预测不同生长发育过程中基因的分子功能。部分BnMIOX基因表现出组织特异性表达，说明BnMIOX基因在油菜不同组织的生长发育中发挥重要作用。如BnMIOX 基因表达谱分析结果显示，第二类成员（BnMIOX3、BnMIOX8）的表达量相似，并且在枯萎雌蕊和雄蕊中表达量较高，推测这2个基因可能参与调控油菜从营养生长向生殖生长的转变过程。2.7 BnMIOX基因在非生物胁迫下的表达模式非生物胁迫下的基因表达谱分析表明，在干旱胁迫、盐胁迫、ABA诱导和冷胁迫下，12个BnMIOX基因表达水平差异较大。在干旱胁迫下，甘蓝型油菜中高表达的 MIOX 基因数量多于其他胁迫（图 8A）。BnMIOX1、BnMIOX2 和 BnMIOX9 基因对4种非生物胁迫均有一定的反应，而其他的BnMIOX基因，如BnMIOX10、BnMIOX11和BnMIOX12在所有处理中表达水平均无明显差异（图8BD）。此外，本研究还发现BnMIOX基因在不同胁迫时间下的表达存在差异。在干旱胁迫下，BnMIOX4、BnMIOX5和BnMIOX7基因在处理4 h时下调表达或者不表达，在处理8 h时上调表达；而在ABA诱导胁迫下，随着处TCAelementPboxMYBMBSExonABRELTRBnMIOX8BnMIOX3BnMIOX2BnMIOX6BnMIOX4BnMIOX7BnMIOX5BnMIOX10BnMIOX9BnMIOX11BnMIOX12BnMIOX102004006008001 0001 2001 4001 6003Sequence length/bp5图3BnMIOX启动子中预测的顺式作用元件Fig.3Predicted cis-acting elements in the BnMIOX promoters表2 预测的部分顺式作用元件信息Table 2 Information for predicted partial cis-acting elements名称NameABRELTRMBSP-boxTCA-elementTC-richATCT-motifG-boxCGTCA-motifTGACG-motif序列SequenceACGTGCCGAAACAACTGCCTTTTGCCATCTTTTTGTTTTCTTACAATCTAATCCCACGTTCGTCATGACG数量Number31644932212323功能Function脱落酸响应元件低温响应元件干旱响应元件赤霉素响应元件水杨酸响应元件参与防御和应激反应元件光响应元件光响应元件茉莉酸甲酯响应元件茉莉酸甲酯响应元件489第 49 卷浙 江 大 学 学 报（农业与生命科学版）理时间的延长，这3个基因表达下调或不表达。部分MIOX基因的表达量随着胁迫时间的延长而增加，表明MIOX基因响应非生物胁迫的重要时间点是胁迫处理后期。01020304050chrA01BnMIOX1BnMIOX2chrA02BnMIOX3chrA03BnMIOX4chrA07BnMIOX5chrA09BnMIOX6chrC02BnMIOX8BnMIOX7chrC07chrC08BnMIOX9BnMIOX10chrC09Chromosome length/Mb每条染色体以0.1 Mb为单位划分，该区域的颜色代表基因密度（蓝色：低；白色：中；红色：高）Each chromosome is divided by 0.1 Mb,and the color in this region represents the gene density(blue:low;white:medium;red:high).图4BnMIOX基因在染色体上的分布Fig.4Distribution of the BnMIOX genes on chromosomesC01C02C03C04C05C06C07C08C09A01A02A03A04A05A06A07A08A09A10BnMIOX8BnMIOX3BnMIOX2BnMIOX6BnMIOX4BnMIOX7BnMIOX5BnMIOX10BnMIOX1灰色区域表示甘蓝型油菜基因组中所有的共线性区域，黄色线表示BnMIOX基因的复制事件。Gray regions indicate all collinearity regions in the B.napus genome,and yellow lines indicate replication events of the BnMIOX genes.图5BnMIOX家族的共线性分析Fig.5Collinearity analysis of the BnMIOX family490第 4 期陈书冰，等：甘蓝型油菜肌醇加氧酶基因家族鉴定与表达分析2.8 蛋白质三维结构的预测结果如表3所示，大多数BnMIOX蛋白三维结构预测的均方根偏差（root mean square deviation,RMSD）小于1，表明预测结果可靠。其中，除BnMIOX1和BnMIOX9外，其余10个BnMIOX蛋白预测的三维结构相似度较大，而且大部分与结构模型（小鼠肌醇加氧酶与底物复合物的晶体结构）吻合度较大（图9）。此外，同源基因BnMIOX3和BnMIOX8、BnMIOX2和BnMIOX6等的蛋白质具有完全相同的三维结构模型（RMSD为0），这与12个BnMIOX基因构建的系统发育树分组结果相吻合；并且同一分组中预测的蛋白质三维结构基本一致，而不同组之间存在细微差别。蛋白质三维结构的预测结果证实，所鉴定的甘蓝型油菜MIOX蛋白的三维结构较为保守，这与系统发育、基因结构和保守结构域的分析结论一致。2.9 蛋白质互作网络的预测结果蛋白质互作网络预测结果显示，4个BnMIOX蛋白与拟南芥MIOX具有同源关系，并发现了10个相应的互作功能蛋白质，包括Mik、PIS1、PIS2、VTC2、A01A02 A03 A04A05A06 A07A08 A09 A10 C01C02C03C04C05C06C07C08C09A01A02 A03 A04A05A06 A07A08 A09 A10 C01C02C03C04C05C06C07C08C09A01A02 A03 A04A05A06A07A08 A09 A10 C01C1C2C3C4C5C6C7C8C9C02C03C04C05C06C07C08C09A01A02 A03A04A05A06A07A08 A09 A10 C01C02C03C04C05C06C07C08C09A01A01A02A02A03A03A04A04A05A05A06A06A07A07A08A08A09A09A10A10C01C02C03C04C05C06C07C08C09A01123456789101112123456789101112123451BnapusAthalianaBnapusBnapusB.napusB.napusB napusS.lycopersicumO.sativaBrapaBoleraceaCsativa234567891011121314151617181920A02 A03A04A05A06A07A08 A09 A10 C01C02C03C04C05C06C07C08C09灰色线表示甘蓝型油菜与其他物种所有基因的共线性，红色线表示具有共线关系的MIOX基因对。Gray lines indicate the collinearity of B.napus with all genes of other species,and red lines indicate MIOX gene pairs with collinear relationships.图6不同植物间MIOX基因的共线性分析Fig.6Collinearity analysis of the MIOX genes among different plants491第 49 卷浙 江 大 学 学 报（农业与生命科学版）VTC4、GLCAK、PDF2.1、IMPL1、AT5G14470和ERD5（图10）。与MIOX互作的大多数蛋白质都在植物各类代谢途径中发挥重要的功能，这表明BnMIOX直接或间接参与了植物各类代谢过程。BnMIOX8BnMIOX3BnMIOX2BnMIOX6BnMIOX4BnMIOX7BnMIOX5BnMIOX10BnMIOX9BnMIOX11BnMIOX12BnMIOX1FlowerLeafOvulePericarpRootStemSilique4FQBMStamenYoung pistilWilting pistilBlossomy pistil50510152025log2(FPKM)FPKM：每千个碱基的转录每百万映射读取的片段。FPKM:Fragments per kilobase of exon model per million mapped reads.图7BnMIOX基因在不同组织和器官中的表达热图Fig.7Heatmap of BnMIOX gene expression in different tissues and organsBABnMIOX8BnMIOX3BnMIOX2BnMIOX6BnMIOX4BnMIOX7BnMIOX5BnMIOX10BnMIOX9BnMIOX11BnMIOX12BnMIOX123 Sample 2322 Sample 2221 Sample 2113 Sample 1312 Sample 1211 Sample 11BnMIOX8BnMIOX3BnMIOX