全 文 ：热带亚热带植物学报　2015， 23(4)： 361 ~ 369
Journal of Tropical and Subtropical Botany
收稿日期： 2014–10–09　　　　接受日期： 2015–01–09
基金项目： 国家“863”高技术研究发展计划(2013AA102705)； 国家自然科学基金项目(31400554)； 中央级公益性科研院所基本科研业务费专
　项(RITFYWZX201304)资助
作者简介： 范春节，男，博士，研究方向为桉树木材形成分子调控机理。E-mail: fancy0417@163.com
* 通信作者 Corresponding author. E-mail: b.s.zeng@vip.tom.com
巨桉AGO基因家族的生物信息学分析
范春节, 闫慧芳, 裘珍飞, 曾炳山*, 刘英, 李湘阳, 王象军, 郭光生
(中国林业科学研究院热带林业研究所，广州 510520)
摘要： 为了解巨桉(Eucalyptus grandis)中 Argonaute (AGO)的功能，经全基因组序列分析，巨桉中存在 14 个 AGO 基因家族成员，
基因长度为 2676~3225 bp，编码的蛋白质具有保守的 Piwi、PAZ、DUF1785 结构域。巨桉 EgrAGOs 基因可分为 3 组，内含子
和外显子结构具有明显的组织特异性。组内成员核苷酸序列和氨基酸序列保守性较高，同源性分别达到 88.14% 和 82.97%。
EgrAGO 基因分布于第 2、4、7、8、10、11 条染色体上，在进化过程中存在着串联复制和大片段基因复制机制。预测巨桉的
大部分 AGO 蛋白定位于细胞核和胞质中，表现出偏碱性和亲水性，具有较高的脂溶指数。基因表达分析表明，桉树 EgrAGO
成员在不同组织中的表达有明显差异，与木材形成相关的组织 / 器官中有较高的表达。这些为深入研究 EgrAGO 基因的功能
奠定了基础。
关键词： 桉树； AGO 蛋白； 基因家族； 生物信息
doi: 10.11926/j.issn.1005–3395.2015.04.001
Bioinformatics Analysis of AGO Gene Family in Eucalyptus grandis Genome
FAN Chun-jie, YAN Hui-fang, QIU Zhen-fei, ZENG Bing-shan*, LIU Ying, LI Xiang-yang,
WANG Xiang-jun, GUO Guang-sheng
(Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, China)
Abstract: In order to understand the function of Argonaute (AGO) in Eucalyptus grandis, the phylogeny, gene
structure and expression pattern of EgrAGO were analyzed in genome-wide. The results showed that there were
14 EgrAGOs in E. grandis, which length ranged from 2676 to 3225 bp and EgrAGOs contain Piwi, PAZ and
DUF1785 domains. EgrAGO genes could be divided into 3 clades, and intron and exon structures had obvious
tissue specificity. The nucleotide sequence of EgrAGO and encoding amino acid sequence in each clade had
homologies for 88.14% and 82.97%, respectively. Meanwhile, EgrAGO genes distribute in 2, 4, 7, 8, 10 and 11
chromosomes with tandem duplication and segmental duplication in the process of evolution. Most of EgrAGO
proteins localize in nucleus and cytoplasm, showing basicity, hydrophilia and high aliphatic index. Furthermore,
the expression of EgrAGOs in different tissues had significant differences, and which was high in tissues or organs
related with wood forming. So, these would lay a fundation for studying EgrAGO genes function in future.
Key words: Eucalyptus; AGO protein; Gene family; Bioinformation
AGO 蛋 白(Argonaute protein)是 小 RNA 介 导
的 RNA 沉默通路中 RNA 诱导的沉默复合物(RNA-
induced silencing complex，RISC)的核心成分。AGO
蛋白通过与 miRNAs (microRNAs)、siRNAs (small
interfering RNAs)、piRNAs (Piwi-interacting RNAs)
等 不 同 类 型 的 小 非 编 码 RNA (small non-coding
362 第23卷热带亚热带植物学报
RNA)结合，在这些小 RNA 的引导下，AGO 蛋白
可以特异地停留在与小 RNA 互补的靶基因 mRNA
上，通过 AGO 蛋白自身的内切酶对目标靶基因进
行切割以引起靶基因的沉默[1–3]。根据 sRNA 的 5′
末端核苷酸，不同的 AGO 蛋白选择性地与 sRNA
结 合。 如 5′-U 的 sRNA 优 先 选 择 停 靠 在 AGO1
蛋 白 上，5′-A 的 sRNA 则 会 选 择 停 靠 在 AGO2、
AGO4、AGO6、AGO9 上，而 5′-C 的 sRNA 则 选
择 与 AGO5 优 先 结 合[4]。 在 拟 南 芥(Arabidopsis
thaliana)、水稻(Oryza sativa)等模式植物中，AGO
蛋白与小 RNA 形成复合体，在调控植物生长发育、
对逆境的胁迫响应以及防御病毒入侵中起到重要
的作用[5]。拟南芥的 AGO 基因家族共有 10 个成
员，主要分为 3 类：第一类包括 AtAGO1、 AtAGO5、
AtAGO10，第二类包括 AtAGO2、 AtAGO3、 AtAGO7，
第三类包括 AtAGO4、 AtAGO6、AtAGO8、AtAGO9[6]。
通过结合的小 RNA 推断出他们编码蛋白的主要
功能和调控机制，AtAGO1 参与 miRNA 通路调
控的转录后基因沉默通路来调控植物的生长发育，
以及转基因引起的 siRNA、病毒 siRNA、ta-siRNA
调控途径[7–8]。AtAGO10 与 AtAGO1 存在部分相
同或相似的功能，可互补甚至替代 AtAGO1 的功
能[9]。AtAGO4 主要通过与 24nt-siRNA 结合，调控
重复序列、转座子和异染色质区域等表观遗传学沉
默区域以调控植物的生长发育[10]，而 AtAGO6 和
AtAGO9 在 DNA 甲基化的缺失和 sRNA 类型的
积累上存在差异，表明他们具有独特的功能机制，
而 AtAGO4 和 AtAGO6 还存在着功能上的部分冗
余[11]。AtAGO7 主要结合 miR390，进一步引起起
源于 TAS3 前体的 tasiRNA，这些 tasiRNA 主要靶
基因为编码激素响应相关蛋白的 mRNA，也即为主
要通过调控这些 mRNA 而参与到调控植物的生长
发育中[12–13]。另外不同类的 AGOs 蛋白也通过协
同作用共同调控植物的生长发育[14]。
桉 树(Eucalyptus sp.)作 为 一 种 重 要 的 造 林
树种，目前已经完成巨桉(E. grandis)的基因组测
序[15]，有大量功能基因需要挖掘和应用，而目前尚
未对巨桉中 EgrAGO 基因家族的结构及其功能进
行 相 关 研 究。 本 研 究 以 分 析 EgrAGO 的 表 达 模
式和 EgrAGO 蛋白的性质为重点，借助已明晰的
拟南芥相关基因的结构及功能，运用生物信息、比
较基因组学、功能基因组学方法，在巨桉中找到相
关基因，并分析其结构、功能及进化过程。通过对
EgrAGO 基因在不同部位的表达进行分析，选择合
适的基因进行分子克隆，为后期探索 EgrAGO 基因
参与木材发育及其他生长发育的功能机制研究奠
定基础。
1 材料和方法
1.1 材料
以巨桉(Eucalyptus grandis)为研究对象，AGO
基 因 序 列 信 息 来 源 于 桉 树 基 因 组 数 据 库(版 本
V1.0)，包 括 美 国 国 立 生 物 技 术 信 息 中 心(NCBI)
(www.ncbi.nlm.nih.gov)、Phytozome 桉树基因组数
据(http://www.phytozome.net/eucalyptus.php)、桉 树
基因组数据中心 EucGenIE (http://www.eucgenie.org/)。
1.2 AGOs基因的查询与确认
在拟南芥数据库 TAIR (http://www.arabidopsis.
org)搜 索 全 部 AtAGO 基 因 的 信 息，在 Phytozome
V9.0 (http://www.phytozome.net/search.php)巨 桉 基
因组中查找每一个 AtAGO 蛋白的同源序列，作为
候选蛋白。得到这些蛋白序列相似的巨桉 AGO 基
因后，将其作为二次查询序列，再次检索和反复查
找补充，确定巨桉中所有候选的 AGO 家族基因。
将 所 有 的 候 选 基 因 在 PFAM (http://pfam.sanger.
ac.uk/)和 SMART (http://smart.embl-heidelberg.de/)
蛋白结构域在线分析预测网站上分析候选蛋白结
构 域，若 存 在 PF08699、PF02170、PF02171 序 列
则认为该候选蛋白是 AGO 蛋白家族，最后得到的
基因即为桉树所有的 EgrAGOs 基因家族成员。除
去重复名称序列，将下载得到的所有核苷酸序列和
氨基酸序列编辑为 FASTA 格式存储于 txt 文本中。
1.3 EgrAGO基因的染色体定位和复制分析
在 Phytozome 中 对 EgrAGO 基 因 的 Genomic
view 进 行 染 色 体 定 位。 基 因 组 的 大 片 段 复 制
(Segmental genome duplication)和 串 联 重 复 基 因
(Tandemly duplicated genes)使用新的桉树基因组复
制分析数据。重复基因之间的氨基酸和核苷酸相
似度(Homology)釆用 DNAMAN 软件进行计算。
1.4 EgrAGO蛋白的生物信息学分析
巨桉 AGOs 蛋白相关基因的 DNA 长度、转录
长度、CDS 序列、外显子、内含子结构以及翻译的
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蛋白序列均从 Phytozome 的巨桉数据库中获得。
巨桉 AGOs 蛋白的等电点、分子量、脂溶性、疏水性
和稳定性均采用在线工具 Expasy Protparma (http://
www.expasy.org/tools/protparam.html)进行分析。对
AGOs 蛋白的亚细胞定位使用 WoLF PSORT (http://
psort.nibb.ac.jp/)的 扩 展 程 序 PSORTII (http://www.
psort.org)进行预测。
1.5 序列比对和进化树分析
对巨桉和拟南芥 AGO 蛋白家族的氨基酸序
列进行在线分析(http://phylogeny.lirmm.fr/)并构建
进化树。其中多序列比对采用 Muscle 和 Gblock
程序，具体参数设置为：Muscle 采用 full processing
mode 运行模块，Gblock 设置为 Min. seq. for flank
pos.: 85%、Max. contig. nonconserved pos.: 8、Min.
block length: 10、Gaps in final blocks: no。构建进
化 树 采 用 基 于 最 大 似 然 法(Maximum likelihood)
的 PhyML 程序和进化树分析动态作图标记软件
TreeDyn198.3，具 体 参 数 设 置 如 下：其 中 PhyML
参 数 设 置 为 Model: Default、Statistical test: alrt、
Number of categories: 4、 Gamma: estimated、 Invariable
sites: estimated，TreeDyn 参数设置为 Conformation:
rectangular、Branch annotation: bootstrap。
1.6 基因表达分析
将巨桉 AGO 蛋白的转录号输入到 EucGenIE
数据库中进行查询，查找其在不同组织中的表达
量，构建热图，分析其在不同组织中的表达模式以
及相对表达量。
2 结果和分析
2.1 巨桉中EgrAGO基因家族数量
利用拟南芥中的 10 个 AGO 蛋白进行同源比
对分析，在 phytozome 的桉树数据库中共查到 14
个 EgrAGO 基 因 序 列(表 1)。EgrAGO 基 因 的 序
列长度差异较大，其中最小的为 EgrAGO3a，只有
3096 bp，而 EgrAGO10 有 9788 bp。EgrAGO 转 录
的长度差异比基因组序列的小，所有 EgrAGO 转录
长度为 2676~3905 bp，最短的是 EgrAGO3a，最长
的为 EgrAGO4b。而编码区长度为 2645~3225 bp，
最小的为 EgrAGO6b，最大的为 EgrAGO1。可以
看 出，EgrAGO1 和 EgrAGO10 基 因 有 大 量 的 非
编 码 区，而 EgrAGO2、EgrAGO3a、EgrAGO3b、
EgrAGO3c 和 EgrAGO7 的 相 对 较 少。EgrAGO2、
EgrAGO3a、EgrAGO3b、EgrAGO3c 和 EgrAGO7 的
内含子为 2~3 个，基因序列长度为 3000~4000 bp，
表 1 巨桉 AGO 基因家族的结构
Table 1 Structure of EgrAGO genes in Eucalyptus grandis
基因
Gene
基因座位
Locus
序列长度
Sequence length (bp)
转录长度
Transcription length (bp)
编码序列长度
CDS length (bp)
内含子数量
Number of introns
EgrAGO1 Eucgr.K02304.1 9143 3777 3225 21
EgrAGO1a Eucgr.H00615.1 8251 3560 3156 21
EgrAGO2 Eucgr.D01097.1 3810 2907 2907 2
EgrAGO3a Eucgr.D00105.1 3096 2676 2676 3
EgrAGO3b Eucgr.D00106.1 3893 2868 2868 2
EgrAGO3c Eucgr.D00109.1 3607 2877 2877 2
EgrAGO4a Eucgr.B03780.1 6626 3157 2757 22
EgrAGO4b Eucgr.J00634.1 8324 3905 2850 22
EgrAGO5a Eucgr.B03907.1 7746 3522 3015 21
EgrAGO5b Eucgr.B03909.1 7035 3205 3003 21
EgrAGO6a Eucgr.K00735.1 7871 3250 2715 22
EgrAGO6b Eucgr.K00736.1 6479 2980 2643 21
EgrAGO7 Eucgr.G02476.1 3896 3329 3051 2
EgrAGO10 Eucgr.H00532.1 9788 3491 2943 21
范春节等：巨桉AGO基因家族的生物信息学分析
364 第23卷热带亚热带植物学报
而其他家族成员大多在 6000 bp 以上，内含子为
21~22 个。这意味着这些基因通过结构上的差异
行使着不同的功能或具有不同的作用模式。值得
注意的是，EgrAGO2、EgrAGO3a、EgrAGO3b 和
EgrAGO3c 没有 UTR 序列，而其他家族成员大多有
3′ UTR 或 5′ UTR 序列，或者两者兼有之。
2.2 EgrAGO基因在染色体中的分布
14 个 EgrAGO 基因选择性地分布在巨桉第 2、
4、7、8、10 和 116 条 染 色 体 上(图 1)，在 2、4、
11 染色体上呈集中分布，其中第 4 条染色体上分布
的 最 多，有 EgrAGO3a、EgrAGO3b、EgrAGO3c、
EgrAGO2 等 4 个基因。而在第 2 和 11 条染色体上
各有 3 个，第 8 条染色体上有 2 个，第 7 和 10 条染
色体上各有 1 个基因。
可以明显看出，EgrAGO 基因家族中存在着
重复基因，这可能是因为这些基因通过串联复制方
式来增加数量，如第 2 条染色体上的 EgrAGO5a 和
EgrAGO5b 基 因，第 4 条 染 色 体 上 的 EgrAGO3a、
EgrAGO3b 和 EgrAGO3c 基因，第 8 条染色体上的
EgrAGO10 和 EgrAGO1a 基因，第 11 条染色体上的
EgrAGO6a 和 EgrAGO6b 基因。另外约在 109.9 百
万 年 前 桉 树 发生 了 一 次 全 基 因 组 的 大 规 模 加
倍 事 件[15]，所 以 在 不 同 染 色 体 的 大 片 段 复 制 区
EgrAGOs 基因也存在重复基因，如第 2、10 染色
体上的 EgrAGO4a 和 EgrAGO4b 基因在大片段复
制区有 2 对重复基因，第 8、11 条染色体上也存在
EgrAGO1a、EgrAGO1 和 EgrAGO10 基 因 的 重 复
基因。可见，在第 2、8 条染色体上既有大片段复
制的基因也存在串联重复基因的基因簇。
2.3 EgrAGOs基因家族的进化分析
对 14 个 巨 桉 EgrAGO 基 因 和 10 个 拟 南 芥
AtAGO 基因编码的氨基酸序列构建进化树。从图
2 可见，这 24 个 AGO 基因家族成员可分为 3 类，每
类都有非常高的支持率。A 类成员有 8 个，其中巨
桉有 5 个，而拟南芥只有 3 个；B 类成员有 8 个，其
中巨桉的 4 个成员聚在同一个分支上；C 类成员有
8 个，其中巨桉有 4 个，拟南芥有 4 个。由于每一类
中均有来自拟南芥和巨桉的 AGO 基因，因此推测
巨桉的祖先物种中至少含有 3 个 AGO 基因，并且
在桃金娘科植物分化之后没有发生明显的基因丢
失事件，这些也说明 AGO 基因作为一类在植物生
长发育中具有重要功能的基因家族在进化上是保
图 1 巨桉 EgrAGO 家族基因在染色体上的定位
Fig. 1 Distribution of EgrAGO genes on chromosomes of Eucalyptus grandis
第4期 365
守的。A 类中的 Eucgr.B03907 与 Eucgr.B03909 基
因座位，B 类中的 Eucgr.D00105、Eucgr.D00106、
Eucgr.D00109 和 Eucgr.D01097 基因座位，C 类中
的 Eucgr.K00735 和 Eucgr.K00736 基因座位分别具
有较高的重复性，且分别聚类在小的分支上，这些
都说明桉树从祖先物种分化之后发生了基因重复
事件。同时所有的 AGO 蛋白都存在 3 个功能域：
Piwi、PAZ、DUF1785。
应用 DNAMAN 对巨桉 AGO 蛋白家族的氨基
酸序列进行多序列比对(表 2)，结果表明，A 类和 C
类成员间核苷酸和氨基酸序列的一致性较高，均超
过 50.0%，而 B 类成员间核苷酸序列的一致性最低，
为 43.66%，氨基酸序列的一致性只有 30.75% (表
2)。同类成员间氨基酸的高度保守性也说明了他
们可能存在基因功能的互补作用。同时由于 AGO
基因家族作为特异与小 RNA 结合进行目标靶基
因切割，需要氨基酸序列和蛋白结构的高度精确，
从而行使切割功能。A 类和 B 类成员间的亲缘关
系更近，氨基酸序列的一致性为 25.47%~36.56%；
而 B 类和 C 类成员间的氨基酸序列一致性低于
28.0%。序列差异较大也意味着 AGO 基因家族成
员中的 3 类基因可能具有各自独特的功能和作用
方式。同时，基因核苷酸序列的一致性比对可以作
为 AGO 蛋白家族成员分类的重要依据。从依据
AGO 蛋白的氨基酸序列构建的系统进化树看出，
每一类成员往往聚集成群，同时同一类蛋白的基因
内含子数量、相似程度以及序列长度、结构都保持
着高度的一致性，这也说明同一类 AGO 蛋白的基
因起源与其结构和功能有一定的关联。
图 2 巨桉和拟南芥 AGO 蛋白家族的进化树。分支上的数字为支持率。
Fig. 2 Phylogenetic tree of AGO family in Eucalyptus grandis and Arabidopsis thaliana. Data in branches present bootstrap.
表 2 巨桉 AGO 家族氨基酸序列和核苷酸序列的一致性(%)
Table 2 Homology (%) of amino acid (nucleotide) sequences among three clades of AGO in Eucalyptus grandis
A B C
A 50.30~78.73
(52.98~83.22)
B 25.47~36.56
(39.06~46.91)
30.75~82.97
(43.66~88.14)
C 25.92~31.80
(40.24~45.01)
23.04~27.46
(39.41~43.95)
55.67~82.43
(58.15~86.64)
范春节等：巨桉AGO基因家族的生物信息学分析
366 第23卷热带亚热带植物学报
2.4 EgrAGO蛋白的理化性质
对巨桉 AGO 蛋白的理化性质以及亚细胞定位
进行了预测分析(表 3)。结果表明，所有 EgrAGO
家族成员的氨基酸序列均较长，含 880~1074 个氨
基 酸。EgrAGO 蛋 白 的 等 电 点(PI)为 8.6~9.43，说
明 EgrAGO 蛋白带正电荷。EgrAGO 蛋白的亲水
性为 70.17~84.77，表现为亲水性。除了 EgrAGO3a
蛋白的稳定性指数小于 40，表现为稳定外，其他家
族成员的稳定性指数均大于 40，表现为不稳定。
EgrAGO 蛋 白 的 脂 溶 指 数(Aliphatic index)较 高，
为 –0.588~–0.260。预测大部分的 EgrAGO 蛋白定
位于细胞核和细胞质中，这与其行使功能的位置保
持一致；而 EgrAGO5a 蛋白定位于叶绿体-线粒体，
EgrAGO5b 定位于叶绿体，意味着他们可能需在特
定的位置和区域行使功能和作用。
2.5 EgrAGO基因的表达
通过 EucGenIE 网站获得巨桉 AGO 家族基因
在未成熟木质部、木质部、韧皮部、茎尖、幼叶和成
熟叶等 6 个组织中的转录表达数据，根据 EgrAGOs
基因在不同组织的表达数据做出热图(图 3)。结
果表明，A 类和 B 类成员具有较高的转录丰度；
而 C 类 成 员 的 转 录 丰 度 较 低，其 中 EgrAGO2 和
EgrAGO3a 在 6 个组织中均未有转录的现象。另外，
EgrAGO1、EgrAGO1a、EgrAGO4a.1、EgrAGO4b.1
和 EgrAGO4b.2 在与木材形成相关的木质部和未成
熟木质部中有较高的转录。几乎所有的家族成员
都存在着差异表达，而且大多数基因在韧皮部和茎
尖有着较高的表达量。值得关注的是 EgrAGO4b.1
在木质部中的表达较高，而在其他组织中表达量
低，这意味着 EgrAGO4b.1 可能以某种方式参与巨
桉木材形成的分子调控过程中。而 EgrAGO10.1、
EgrAGO10.2 在茎尖和幼叶中的表达量远远高于其
他组织的，说明其主要作用部位为茎尖和幼叶。而
EgrAGO3c 主要在韧皮部中表达，其可能参与韧皮
部的发育过程。
表 3 EgrAGO 蛋白的理化性质和亚细胞定位
Table 3 Physical and chemical properties and subcellular localization of EgrAGO proteins
蛋白
Protein
氨基酸数量 Number
of amino acids
分子量 Molecular
weight (Da)
PI
亚细胞定位
Subcellular localization
稳定性
Stablity
亲水性
Hydropathicity
脂溶指数
Aliphatic index
EgrAGO1 1074 119403.4 9.35 nucl: 9.0, cyto: 3.0, chlo: 1.0 不稳定 Unstable 70.17 –0.588
EgrAGO1a 1015 116567.1 9.35 nucl: 9.0, cyto: 2.0, chlo: 1.0,
cysk: 1.0
不稳定 Unstable 73.00 –0.536
EgrAGO2 968 111836.0 9.21 nucl: 7.0, cyto: 4.0, mito: 2.0 不稳定 Unstable 79.21 –0.541
EgrAGO3a 891 101972.7 9.12 nucl: 5.0, cyto: 3.0, chlo: 2.0,
vacu: 2.0, plas: 1.0
稳定 Stable 84.77 –0.260
EgrAGO3b 955 109764.5 9.06 nucl: 9.0, cyto: 2.0, chlo: 1.0,
mito: 1.0
不稳定 Unstable 75.72 –0.532
EgrAGO3c 958 109030.5 8.60 nucl: 9.0, cyto: 2.0, chlo: 1.0,
mito: 1.0
不稳定 Unstable 75.91 –0.473
EgrAGO4a 918 102315.2 9.09 nucl:12.0, cyto:2.0 不稳定 Unstable 83.40 –0.376
EgrAGO4b 949 105807.8 8.95 nucl: 8.0, vacu: 3.0, cyto: 2.0 不稳定 Unstable 81.83 –0.330
EgrAGO5a 1004 110689.5 9.50 chlo_mito: 6.3, mito: 6.0,
chlo: 5.5, cyto_mito: 3.8
不稳定 Unstable 79.29 –0.382
EgrAGO5b 1000 110912.5 9.43 chlo: 6.0, mito: 5.0, nucl: 2.0 不稳定 Unstable 79.98 –0.382
EgrAGO6a 904 101338.3 9.21 nucl: 10.0, cyto: 2.0, chlo: 1.0 不稳定 Unstable 84.60 –0.360
EgrAGO6b 880 98870.6 9.22 nucl: 9.0, cyto: 3.0, chlo: 1.0 不稳定 Unstable 85.06 –0.378
EgrAGO7 1016 114973.0 9.34 nucl: 11.0, cyto: 1.0, vacu:
1.0
不稳定 Unstable 82.96 –0.450
EgrAGO10 980 110045.3 9.39 cyto: 9.0, nucl: 3.0, chlo: 1.0 不稳定 Unstable 79.79 –0.442
第4期 367
3 讨论
本研究利用已知的拟南芥 AGOs 蛋白序列在
桉树基因组数据库中进行搜索，共找到 14 个巨桉
EgrAGO 基因，通过对 EgrAGOs 基因序列和结构
分析，结果表明这些基因包含 3 个基因簇，这些基
因簇是在植物进化过程中通过染色体复制产生的。
另外，基因的外显子数量、大小在不同簇内保持较
高的一致性，这些与拟南芥和水稻中 AGO 基因家
族的结构和特征一致[6,16]，预示他们的基因起源甚
至功能有一定的关联性。尽管如此，与拟南芥相比，
巨桉 EgrAGO 基因的 A 类成员有 5 个，比拟南芥多
2 个，是否存在功能上的冗余，或者这些新成员具有
不同的功能或调控机制，还需要进一步深入研究。
植物 AGO 蛋白功能的鉴定主要在模式植物
如拟南芥中进行，根据其结合的 sRNA 是否参与
到子叶的分化、花器官形成、茎尖分生组织等的
发育调控以及病毒侵染植物过程中的 RNAi 调
控[9,17–19]来鉴定。目前对 AGO 家族中亲缘关系最
近 的 两 个 成 员 AGO1 和 AGO10 的 研 究 最 多，其
功能主要是参与茎尖分生组织的维持，而且通过
RNAi 机 制 调 控 LFY (LEAFY)、AP1 (APETALA1)
和 AG (AGAMOUS)基因的表达，最终影响植物的
分生组织决定、开花转换和花器官的确定，另外还
通过 KNOX、AG 和 AP3 作用于叶片和花粉管的
分 化[20–21]。AGO1 和 AGO10 还 可 以 通 过 分 别 调
控 miR172 和 miR165/166 以引起成花干细胞的终
止[17]。而 AGO1 作为 miR168 的靶基因，近期的研
究表明其与 miR168 通过协同调控在胁迫响应以及
信号传导中起着重要的作用，而且这种作用机制是
保守的[22]。表达分析表明，AGO1 广泛存在于各种
组织中，而 AGO10 则仅在分生组织、导管组织和侧
生器官原基的近轴端[23]。而在巨桉中，AGO1 广泛
存在于不同组织中且表达丰度很高，而 AGO10 主
要在茎尖和幼嫩叶片中表达。这些说明 AGO1 和
AGO10 在进化上属于高度保守的基因，也预示着
他们在巨桉中的功能以及作用机制可能与拟南芥
相似。
另外，水稻中有 19 个 AGO 家族基因，且主要
在生殖生长阶段表达，尤其在圆锥花序阶段的表达
量升高，其中 6 个基因能够响应激素处理，且大多
数基因与 DCL (Dicer-like)、DRB (Double-stranded
图 3 巨桉 AGO 家族基因在不同组织中的表达。不同颜色的小方块代表基因表达谱数据，一个小块代表一个数据，红色和绿色反映基因在同等
条件下转录水平上调或下调，颜色的深浅表示数据绝对值的大小。
Fig. 3 Expression of EgrAGO genes in different tissues or organs of Eucalyptus grandis. The difference in gene expression is listed in square brackets.
A square bracket represents a value of expression of EgrAGO genes in a tissue or organ. Red represents up-regulation, and blue represents down-
regulation. The depth of colour of square brackets indicate the value of gene expression.
范春节等：巨桉AGO基因家族的生物信息学分析
368 第23卷热带亚热带植物学报
RNA binding)、RDR (RNA-dependent RNA poly-
merase)等参与 RNA 沉默相关的基因在生长发育
以及非生物胁迫中存在着共表达现象[16]。番茄
(Lycopersicum esculentum)中有 15 个 SlAGO 基因，
大部分基因在番茄黄叶卷曲病毒侵染和非生物胁
迫中表达量明显升高[24]。SlAGO1 蛋白和 miR168
在决定植物生长速度、发育阶段改变、叶的向上性、
果实的起始和膨大以及其他发育阶段起着重要的
作用[25]。
尽管在模式植物中对 AGO 蛋白家族成员的功
能和作用机制的研究取得了很大进展[22,25–28]，但在
木本植物中对 AGO 蛋白家族的基因研究较少。从
杨树(Populus sp.)中克隆了 PeAGO5a 和 PdAGO5b
基因，其编码的氨基酸序列含有 3 个保守的结构
域 DUF1785、PAZ 和 Piwi，差异表达分析表明其
可能参与杨树硬枝插穗不定根发育的调控过程[26]。
次生生长作为木本植物重要特性，AGO 是否通
过 sRNA 调控途径参与这一过程值得关注。近期
的研究表明，AGO1 和 AGO10 在不同部位通过
miR165/166 作用于茎尖分生组织的分化[9,17]，而木
本植物形成层的分化已经证实受到 miR165/166
的调控[27–28]，而 AGO 蛋白家族成员是否作用于这
个过程或者家族成员中的哪一个成员作用于这个
过程，还需要进一步的研究。同时本研究结果表
明，EgrAGO4b.1 在 木 质 部 中 存 在 高 表 达，而 在
其他组织的表达量低甚至不表达。而 AGO4 可
以 通 过 RNA-directed DNA methylation (RdDM)途
径 与 Heterochromatic siRNAs (hc-siRNAs)作 用 调
控 DNA 的甲基化，在胞质中组装形成复合体，然
后通过核孔运输到核内行使其功能[29]。在冰晶花
(Mesembryanthemum crystallinum)中 AGO4 参 与 盐
胁迫下 UBC8 的泛素化过程[30]。而 EgrAGO4 是否
通过调控 DNA 甲基化途径来调控巨桉的木材形成
发育过程，还需深入研究。
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