全 文 ：书犇犗犐：１０．１１６８６／犮狔狓犫２０１５１０２ 犺狋狋狆：／／犮狔狓犫．犾狕狌．犲犱狌．犮狀
郑兴卫，邵麟惠，李聪．蒺藜苜蓿全基因组中Ｕｂｏｘ基因家族的筛选与特征分析．草业学报，２０１５，２４（８）：１３０１４１．
ＺｈｅｎｇＸＷ，ＳｈａｏＬＨ，ＬｉＣ．ＧｅｎｏｍｅｗｉｄｅｓｃｒｅｅｎｉｎｇａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＵｂｏｘｇｅｎｅｆａｍｉｌｙｉｎ犕犲犱犻犮犪犵狅狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪．ＡｃｔａＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒａｅＳｉｎｉ
ｃａ，２０１５，２４（８）：１３０１４１．
蒺藜苜蓿全基因组中犝犫狅狓基因
家族的筛选与特征分析
郑兴卫，邵麟惠，李聪
（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京１００１９３）
摘要：植物基因组中广泛存在Ｕｂｏｘ基因，其编码蛋白大部分作为泛素系统中决定底物特异性识别的Ｅ３ 泛素连接
酶，广泛地调控植物生长生殖发育以及响应逆境胁迫等过程。本文利用蒺藜苜蓿基因组数据库，通过生物信息学
手段，鉴定蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族基因；采用 ＭＥＧＡ６软件进行系统进化树分析；通过ＧＳＤＳ在线工具和 Ｍａｐｉｎｓｐｅｃｔ
软件进行基因结构及染色体定位分析；利用已有的蒺藜苜蓿芯片数据进行组织表达和胁迫响应表达分析。结果表
明，蒺藜苜蓿基因组中含有４１个Ｕｂｏｘ基因，不均匀地分布于蒺藜苜蓿的８条染色体上。根据结构域组成和系统
进化分析将这些Ｕｂｏｘ蛋白分成６类。基因表达模式分析发现，该家族成员的表达具有一定的组织特异性，并能
响应盐、干旱和氮素胁迫。这些研究结果为蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因家族的功能分析奠定了基础。
关键词：蒺藜苜蓿；Ｕｂｏｘ基因家族；进化；表达模式
犌犲狀狅犿犲狑犻犱犲狊犮狉犲犲狀犻狀犵犪狀犱犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狕犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犝犫狅狓犵犲狀犲犳犪犿犻犾狔犻狀犕犲犱犻犮犪犵狅
狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪
ＺＨＥＮＧＸｉｎｇＷｅｉ，ＳＨＡＯＬｉｎＨｕｉ，ＬＩＣｏｎｇ
犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犃狀犻犿犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１００１９３，犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅＵｂｏｘｄｏｍａｉｎｇｅｎｅｓｔｙｐｉｃａｌｙｅｘｉｓｔｉｎｍｕｌｔｉｐｌｅｖａｒｉａｎｔｓｗｉｔｈｉｎｐｌａｎｔｇｅｎｏｍｅｓ，ａｎｄｍｏｓｔｏｆｔｈｅｍ
ｂｅｌｏｎｇｔｏｔｈｅｕｂｉｑｕｉｔｉｎ／ｐｒｏｔｅａｓｏｍｅｓｙｓｔｅｍａｓＥ３ｕｂｉｑｕｉｔｉｎｌｉｇａｓｅ．Ｔｈｅｙｐｌａｙｋｅｙｒｏｌｅｓｉｎｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆ
ｇｒｏｗｔｈ，ｉｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｎｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｓｗｅｌａｓｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｂｉｏｉｎ
ｆｏｒｍａｔｉｃｓｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙＵｂｏｘｆａｍｉｌｙｇｅｎｅｓｏｆ犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪ｔｈｒｏｕｇｈｗｈｏｌｅｇｅｎｏｍｅｓｃｒｅｅｎ
ｉｎｇ．ＡｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｗａｓｃｒｅａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅＭＥＧＡ６ｐｒｏｇｒａｍ．Ｇｅｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｌｏｃａｔｉｏｎ
ｗｅｒｅｄｅｆｉｎｅｄｂｙＧＳＤＳａｎｄＭａｐｉｎｓｐｅｃｔ．Ａｔｏｔａｌｏｆ４１Ｕｂｏｘｇｅｎｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｕｎｅｖｅｎｌｙｏｎ８ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓｗｅｒｅ
ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｆｒｏｍ犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪．ＴｈｅＵｂｏｘｐｒｏｔｅｉｎｓｗｅｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｉｎｔｏｓｉｘｍａｊｏｒｃｌａｓｓｅｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｒｍｏｔｉｆ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｐｈｙｌｏｇｅｎｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ．Ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅｓｏｆ犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪Ｕｂｏｘｇｅｎｅｓｓｈｏｗｅｄｃｈａｒ
ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｉｓｓｕｅｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｓａｌｔ，ｄｒｏｕｇｈｔａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｓｗｉｌｂｅｕｓｅｆｕｌ
ｆｏｒｆｕｔｕｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅＵｂｏｘｆａｍｉｌｙｇｅｎｅｓｉｎ犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪．
犓犲狔狑狅狉犱狊：犕犲犱犻犮犪犵狅狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪；Ｕｂｏｘｇｅｎｅｆａｍｉｌｙ；ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓ
第２４卷 第８期
Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．８
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
２０１５年８月
Ａｕｇ，２０１５
收稿日期：２０１５０２２５；改回日期：２０１５０４０９
基金项目：国家自然科学基金（３１３７２３６２）项目和“十二五”国家科技支撑计划（２０１１ＢＡＤ１７Ｂ０１）资助。
作者简介：郑兴卫（１９８７），女，河北定州人，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｓｍｉｌｅｚｘｗ＠１２６．ｃｏｍ
通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｌｉｃｏｎｇ０５２０＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
Ｕｂｏｘ基因家族是一类具有Ｕｂｏｘ结构域的基因家族，其编码蛋白大部分是泛素系统中决定底物识别特性
的泛素连接酶Ｅ３［１］，也有部分Ｕｂｏｘ蛋白质属于泛素链聚集因子Ｅ４［２］。作为Ｅ３ 的Ｕｂｏｘ蛋白在真核生物，特
别是植物中广泛存在，在与细胞周期、信号转导、逆境反应、转录调节、ＤＮＡ修复、细胞凋亡、形态发生、分泌途径
等过程有关的蛋白质降解途径中发挥着重要作用［３６］。
Ｕｂｏｘ基序最初是从具有泛素链聚集酶Ｅ４活性的酵母蛋白质 ＵＦＤ２中鉴定出来的［７］。第一个被鉴定出具
体结构的植物Ｕｂｏｘ蛋白为拟南芥（犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊狋犺犪犾犻犪狀犪）ＡｔＰＵＢ１４蛋白质［８］。近年来，随着越来越多的 Ｕ
ｂｏｘ蛋白质被鉴定出来，其结构与功能也逐渐引起了人们的关注。研究表明，Ｕｂｏｘ结构域由大约７０个氨基酸
组成，该结构域在真菌、植物和动物等真核生物中高度保守。在目前已鉴定出的真核生物Ｕｂｏｘ蛋白中，植物Ｕ
ｂｏｘ（ｐｌａｎｔＵｂｏｘｐｒｏｔｅｉｎ，ＰＵＢ）蛋白的数目远远多于其他生物［３］。如酵母中有２个Ｕｂｏｘ基因，在人中有２１个
Ｕｂｏｘ基因［４，７，９］，而经基因组序列分析预测，拟南芥基因组中存在６４个Ｕｂｏｘ基因［１０１１］，水稻（犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪）中
已鉴定出７７个带有Ｕｂｏｘ结构的基因［１２］。到目前为止，多种植物的ＰＵＢ蛋白基因功能已经被验证：１）ＰＵＢ蛋
白参与植物的防御反应。编码拟南芥ＡｔＰＵＢ１７和与其同源的烟草（犖犻犮狅狋犻犪狀犪犫犲狀狋犺犪犿犻犪狀犪）ＡＣＲＥ２７６蛋白的
基因能正调控细胞凋亡和植物防御的过程［１３］。ＡｔＰＵＢ１９通过负调节 ＡＢＡ信号调控植物的干旱胁迫响应过
程［１４］。超表达拟南芥的ＰＵＢ２２和ＰＵＢ２３能够增加其对干旱胁迫的敏感性［１５］。辣椒（犆犪狆狊犻犮狌犿犪狀狀狌狌犿）中的
ＵＢｏｘ蛋白质ＣａＰＵＢ１，在拟南芥中超表达后植株的耐盐性增加［１６］。ＣＭＰＧ１在烟草与番茄（犛狅犾犪狀狌犿犾狔犮狅狆犲狉
狊犻犮狌犿）中参与多个抗病基因介导的抗性反应［１７］。２）一些植物Ｕｂｏｘ蛋白调控植株生长和生殖发育过程。水稻
犗狊犘犝犅１５突变后，导致种子不能长出初生根，幼苗生长缓慢甚至死亡［１８］。拟南芥ＡｔＰＵＢ４基因突变后，影响绒
毡层细胞降解途径，使花粉粒粘连导致雄性不育［１９］。ＡＣＲ１在芸薹属植物雌蕊中作用于其下游的Ｓ受体激酶，
促进了雌蕊中兼容性因子的泛素化降解，最终导致花粉自交不亲和［２０］。并且拟南芥ＰＵＢ１３和同源基因水稻
ＳＰＬ１１同时能够调控植物的细胞死亡、抗病和开花时间［２１］，证明植物在发育和先天免疫反应方面具有信号交叉。
蒺藜苜蓿是豆科苜蓿属一年生植物，由于其具有生育期短（８０～１００ｄ）、基因组较小（４５４～５２６Ｍｂ）、二倍体
（２狀＝１６）、自花授粉、易于转化、再生时间较短等特点被作为豆科模式植物进行研究［２２２３］。蒺藜苜蓿与大部分豆
科植物具有相似的遗传性，从蒺藜苜蓿获得的信息对其他豆科植物具有重要的参考价值。因此，蒺藜苜蓿成为继
拟南芥和水稻进行基因组序列测定之后第３个基因组完整测序的模式植物［２４２５］。蒺藜苜蓿全基因组序列公布后
仍在不断完善，目前，利用生物信息学方法分析基因家族的特征、进化关系成为热点。本研究利用生物信息学方
法对蒺藜苜蓿全基因组中的Ｕｂｏｘ基因家族的种类、数目、基因结构、染色体定位、系统发生和基因表达模式等
进行分析，旨在为豆科植物育种提供重要的理论依据。
１ 材料与方法
１．１ 数据来源
试验于２０１４年８月至２０１５年１月进行。最新的蒺藜苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪）全基因组数据和蛋白质数
据（Ｍｔ４．０）下载于ＪＶＣＩ蒺藜苜蓿测序网站（ｈｔｔｐ：／／ｍｅｄｉｃａｇｏ．ｊｃｖｉ．ｏｒｇ／ｍｅｄｉｃａｇｏ／）［２６］；拟南芥 Ｕｂｏｘ基因家族
蛋白序列和基因序列下载于拟南芥 Ｕｂｏｘ基因家族网站（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ．ｏｒｇ／ｂｒｏｗｓｅ／ｇｅｎｅｆａｍｉｌｙ／
ｐｕｂ．ｊｓｐ）［１０］；水稻 Ｕｂｏｘ基因家族蛋白序列下载于水稻全基因组数据库（ｈｔｔｐ：／／ｒｉｃｅ．ｐｌａｎｔｂｉｏｌｏｇｙ．ｍｓｕ．
ｅｄｕ／）［２７］；蒺藜苜蓿基因芯片表达数据下载自蒺藜苜蓿基因表达图谱数据库（ＭｔＧＥＡｖ３，ｈｔｔｐ：／／ｍｔｇｅａ．ｎｏｂｌｅ．
ｏｒｇ／ｖ３／）［２８］。
１．２ 蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因家族成员鉴定
首先利用蒺藜苜蓿全基因组序列构建本地ＢＬＡＳＴ数据库［２９］，以目前拟南芥已经鉴定出的所有Ｕｂｏｘ基因
家族成员，共６４个蛋白的基因序列对蒺藜苜蓿基因组数据库执行本地ＢＬＡＳＴ搜索，Ｅｖａｌｕｅ设为０．００１；同时将
Ｐｆａｍ数据库［３０］中Ｕｂｏｘ保守结构域序列下载并提取出来（ＰＦ０４５６５），利用 Ｈｍｍｅｒｖ３．１ｂ１［３１］（ｈｔｔｐ：／／ｈｍｍｅｒ．
ｊａｎｅｌｉａ．ｏｒｇ／）构建隐马尔科夫模型（ＨＭＭ），在 Ｍｔ４．０ｖ１蛋白数据库中搜索含有Ｕｂｏｘ结构域的候选序列。合
并上述两部分结果，手工剔除无完整读码框的序列。所得结果利用Ｐｆａｍ 和ＳＭＡＲＴ［３２］（ｈｔｔｐ：／／ｓｍａｒｔ．ｅｍｂｌ
１３１第８期 郑兴卫 等：蒺藜苜蓿全基因组中Ｕｂｏｘ基因家族的筛选与特征分析
ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ．ｄｅ／）在线工具进一步分析结构域，去除无典型Ｕｂｏｘ结构域的序列，最终得到蒺藜苜蓿的 Ｕｂｏｘ基
因。利用ＥｘＰＡＳｙＰｒｏｔｅｏｍｉｃｓＳｅｒｖｅｒ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｘｐａｓｙ．ｏｒｇ／ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ）对所有蒺藜苜蓿 Ｕｂｏｘ蛋白氨基
酸序列进行分子量、等电点预测。
１．３ Ｕｂｏｘ家族系统发育树的构建及蛋白结构域分析
通过ＣｌｕｓｔａｌＷ［３３］程序对蒺藜苜蓿 Ｕｂｏｘ蛋白进行多序列联配比对分析，序列联配比对结果使用
ＭＥＧＡ６［３４］程序采用邻接法（ＮｅｉｇｈｂｏｒＪｏｉｎｉｎｇ，ＮＪ）生成基因的系统进化树，替换模式为“Ｐｏｉｓｓｏｎｍｏｄｅｌ”，缺口
设置为“Ｐａｉｒｗｉｓｅｄｅｌｅｔｉｏｎ”，校验参数Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ重复１０００次。利用在线工具ＳＭＡＲＴ分析 Ｕｂｏｘ基因家族蛋
白的结构域组成。
１．４ 蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族基因结构及染色体定位分析
在得到每个基因信息的同时得到了基因的ＤＮＡ序列，包括基因的ｃＤＮＡ序列，再用在线工具ＧＳＤＳ［３５］（ｈｔ
ｔｐ：／／ｇｓｄｓ．ｃｂｉ．ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／）得到基因结构图。同时获得了这些基因的染色体位置信息，利用 Ｍａｐｉｎｓｐｅｃｔ工具
标出每个Ｕｂｏｘ结构域基因在染色体组上的位置，从而得到每个Ｕｂｏｘ结构域基因在基因组中的分布情况。
１．５ 蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族基因表达模式分析
根据４１个蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因对应的ＣＤＳ序列，在蒺藜苜蓿基因芯片平台ＢＬＡＳＴ搜索其对应的探针，获
得探针的表达量信息。将３９个不同组织器官、不同处理下的基因芯片数据通过ＣＩＭｍｉｎｅｒ在线分析软件鉴定蒺
藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族表达差异基因，并作出热图（ｈｅａｔｍａｐ），最后对蒺藜苜蓿 Ｕｂｏｘ基因的表达情况进行聚类分
析。
２ 结果与分析
２．１ 蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因家族信息
通过本地ＢＬＡＳＴ比对以及Ｈｍｍｅｒ搜索，去除不含Ｕｂｏｘ典型结构域的序列，最终从已发表的蒺藜苜蓿全
基因组中鉴定出４１个Ｕｂｏｘ基因家族成员，如表１所示。通过Ｐｆａｍ和ＳＭＡＲＴ工具进行蛋白质结构分析，４１
个蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ蛋白均含有约６０～７０个氨基酸的Ｕｂｏｘ保守结构域。通过ＥｘＰＡＳｙ工具分析，蒺藜苜蓿中
最长的Ｕｂｏｘ蛋白（登录号：Ｍｅｄｔｒ１ｇ０９０３２０．１）包含１４９０个氨基酸残基，分子量大小为４１个蛋白中的最大值
１６７．０８ｋＤ，最短的Ｕｂｏｘ蛋白（登录号：Ｍｅｄｔｒ２ｇ００７６３０．１）包含２５９个氨基酸残基，分子量最小，为２８．７３ｋＤ。
等电点范围为５．２８（Ｍｅｄｔｒ７ｇ０７８３３０．１）～９．２４（Ｍｅｄｔｒ２ｇ００７６３０．１）。
２．２ 蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族系统进化及蛋白结构域分析
为研究蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因家族系统进化关系，对最终筛选出的４１个蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ蛋白进行了系统进
化树的构建。经过ＳＭＡＲＴ蛋白结构域分析发现，除Ｕｂｏｘ结构域外，蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ蛋白还含有其他结构域。
根据进化树及蛋白结构域（图１），并参考拟南芥和水稻的Ｕｂｏｘ基因家族分类结果（表２），本文将蒺藜苜蓿中４１
个Ｕｂｏｘ蛋白分为６种类型，分别包含１８，１２，５，３，２和１个蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ蛋白家族成员。ＡＲＭ 亚家族在植
物中研究最多，并且在拟南芥和水稻中都被鉴定为最大的亚类，在蒺藜苜蓿中为第２大亚类。在拟南芥和水稻中
根据Ｎ端保守位点甘氨酸、赖氨酸／精氨酸和亮氨酸定义的ＧＫＬ＋Ｕｂｏｘ亚家族，因为其结构域分析与 Ｕｂｏｘ
ｏｎｌｙ亚类没有区别，因此在本文中归为Ｕｂｏｘｏｎｌｙ亚类，Ｕｂｏｘｏｎｌｙ结构的ＰＵＢ蛋白在蒺藜苜蓿中的数量最
多，共１８个。Ｋｉｎａｓｅ亚家族有５个成员，其中３个成员含丝／苏氨酸蛋白激酶结构域（Ｓ＿ＴＫｃｄｏｍａｉｎ），另外两个
为丝／苏／酪氨酸蛋白激酶结构域（ＳＴＹＫｃｄｏｍａｉｎ）。含有 ＷＤ４０重复结构和ＴＰＲ结构的 Ｕｂｏｘ基因在蒺藜苜
蓿中分别有３和２个。ＭｔＰＵＢ２８是蒺藜苜蓿中唯一含有ＵＦＤ２结构的Ｕｂｏｘ蛋白。
为了深入分析与其他物种同源基因的进化关系，对蒺藜苜蓿与拟南芥和水稻的Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ亚类进行了系
统进化树的构建（图２）。结果显示，与拟南芥或水稻中的同源基因相比，大部分蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ基因与蒺
藜苜蓿家族内部的同源基因的遗传距离更加接近。然而，ＭｔＰＵＢ２５、ＭｔＰＵＢ３２和 ＭｔＰＵＢ３４在拟南芥中都存在
与其遗传距离最近的直系同源蛋白。
２３１ 草 业 学 报 第２４卷
表１ 蒺藜苜蓿基因组中的犝犫狅狓基因
犜犪犫犾犲１ 犜犺犲犝犫狅狓犵犲狀犲狊犻犱犲狀狋犻犳犻犲犱犻狀犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪
基因名称
Ｇｅｎｅｎａｍｅ
基因组登录号
Ｇｅｎｅａｃｃｅｓｓｉｏｎ
Ｎｏ．
染色体定位
Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｌｏｃａｔｉｏｎ
蛋白质大小
Ｐｒｏｔｅｉｎｌｅｎｇｔｈ
（ａａ）
分子量
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｓｓ
（ｋＤ）
等电点
Ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｉｎｔ
（ｐＩ）
Ｕｂｏｘ位置
Ｕｂｏｘｄｏｍａｉｎ
ｌｏｃａｔｉｏｎ
ＭｔＰＵＢ１ Ｍｅｄｔｒ１ｇ０１７７７０．１ Ｍｔ１：５１５５７６２～５１５７０６６ ４３４ ４８．３９ ６．４８ ４８１１１
ＭｔＰＵＢ２ Ｍｅｄｔｒ１ｇ０４４７２０．１ Ｍｔ１：１３２１９６５３～１３２２９１６１ ５１９ ５６．３１ ６．１９ ４６４
ＭｔＰＵＢ３ Ｍｅｄｔｒ１ｇ０７９４５０．１ Ｍｔ１：１９８０１６８０～１９８０３８４６ ４４６ ４９．６５ ８．０５ ６６１２９
ＭｔＰＵＢ４ Ｍｅｄｔｒ１ｇ０９０３２０．１ Ｍｔ１：２４９１８８５７～２４９２６４８３ １４９０ １６７．０８ ５．７６ ５１８５８２
ＭｔＰＵＢ５ Ｍｅｄｔｒ１ｇ１００８２０．１ Ｍｔ１：２９４５４８３１～２９４６０２３９ ６５８ ７４．９１ ５．９１ ５９２６５５
ＭｔＰＵＢ６ Ｍｅｄｔｒ２ｇ０１１１４０．１ Ｍｔ２：２７７０６１９～２７７１７７０ ３８３ ４２．１６ ６．３４ １８８１
ＭｔＰＵＢ７ Ｍｅｄｔｒ２ｇ０１８０１０．１ Ｍｔ２：５４８０３４２～５４８５２７５ ７３７ ８０．６６ ６．６７ ２９５３５８
ＭｔＰＵＢ８ Ｍｅｄｔｒ２ｇ０８７３５０．１ Ｍｔ２：２７０１０４７０～２７０１１６８１ ４０３ ４５．３３ ８．７８ ９７６
ＭｔＰＵＢ９ Ｍｅｄｔｒ３ｇ００８２７０．１ Ｍｔ３：１４３１２７１～１４３７４７４ ７９７ ８８．６０ ６．０７ ７３３７９５
ＭｔＰＵＢ１０ Ｍｅｄｔｒ３ｇ００８２８０．１ Ｍｔ３：１４３９３７４～１４４４７４７ ８０９ ９０．０１ ６．７６ ７４２８０４
ＭｔＰＵＢ１１ Ｍｅｄｔｒ３ｇ０６５０８０．１ Ｍｔ３：２０６９２５１５～２０６９４６７５ ４３９ ４９．１３ ８．３５ ３９１０２
ＭｔＰＵＢ１２ Ｍｅｄｔｒ３ｇ０８５６１０．１ Ｍｔ３：２７９８３１７４～２７９８６８１７ ７６６ ８４．９２ ５．８７ ２８３３４６
ＭｔＰＵＢ１３ Ｍｅｄｔｒ３ｇ０９５７３０．１ Ｍｔ３：３２９５３９７２～３２９５５４２２ ４１９ ４６．７７ ８．９８ １６７９
ＭｔＰＵＢ１４ Ｍｅｄｔｒ３ｇ０９６３７０．１ Ｍｔ３：３３２６２３１３～３３２６４０１２ ４０４ ４５．０２ ５．９８ １３７６
ＭｔＰＵＢ１５ Ｍｅｄｔｒ４ｇ０８５７２０．１ Ｍｔ４：２９３５４３２０～２９３５５９７３ ４５１ ４９．９９ ６．７９ １７８０
ＭｔＰＵＢ１６ Ｍｅｄｔｒ４ｇ１０７０１０．１ Ｍｔ４：３６７１８３８７～３６７２１３７２ ７４７ ８３．５２ ８．２７ ２８３３４６
ＭｔＰＵＢ１７ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０１５２１０．１ Ｍｔ５：４９７７１５９～４９８２０４４ ４７１ ５１．８７ ６．０５ ７０１３３
ＭｔＰＵＢ１８ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０１５５００．１ Ｍｔ５：５１１４６１０～５１２０８７８ ６０３ ６５．７６ ８．１６ ３９１０１
ＭｔＰＵＢ１９ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．１ Ｍｔ５：７６１６４２８～７６１９７０９ ７３９ ８３．３５ ６．０１ ２７６３３９
ＭｔＰＵＢ２０ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．２ Ｍｔ５：７６１６４２８～７６１９７０９ ７６７ ８６．５２ ５．９８ ２４８３１１
ＭｔＰＵＢ２１ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０３２０１０．１ Ｍｔ５：１３２９５９６０～１３３００７５０ ８０８ ９２．９３ ８．０４ ７３５７９８
ＭｔＰＵＢ２２ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０３４４４０．１ Ｍｔ５：１４５１５６０６～１４５１７９３３ ６８９ ７６．８２ ６．７８ ２８３３４６
ＭｔＰＵＢ２３ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０４８０５０．１ Ｍｔ５：２０６２０６１１～２０６２２４１８ ４３８ ５０．０５ ６．５２ ２８９１
ＭｔＰＵＢ２４ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０７７５１０．１ Ｍｔ５：３２０８９５９８～３２０９１１４６ ４４２ ４９．４５ ８．７２ ３８１０１
ＭｔＰＵＢ２５ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０８３０３０．１ Ｍｔ５：３４８０８２３８～３４８１１２９５ ７３６ ８１．４８ ６．２５ ２９６３５９
ＭｔＰＵＢ２６ Ｍｅｄｔｒ５ｇ０９０５１０．１ Ｍｔ５：３９４１６７４５～３９４１８３５７ ６９４ ７６．９３ ６．３６ ２９６３５９
ＭｔＰＵＢ２７ Ｍｅｄｔｒ６ｇ００８１７０．１ Ｍｔ６：１６３５６８６～１６３７４７０ ５５４ ６１．５２ ８．３９ ５４１１７
ＭｔＰＵＢ２８ Ｍｅｄｔｒ６ｇ０１３６９０．１ Ｍｔ６：３５２１２３７～３５３０５４５ ７４６ ８４．９５ ５．６８ ６７７７４０
ＭｔＰＵＢ２９ Ｍｅｄｔｒ６ｇ０７１３４０．１ Ｍｔ６：１４６７６０４４～１４６７７６４０ ４１８ ４７．６１ ５．６１ ８７１
ＭｔＰＵＢ３０ Ｍｅｄｔｒ７ｇ００５９４０．１ Ｍｔ７：６０３５６５～６０８５００ １０７３ １２１．７９ ６．８１ ５９８６６２
ＭｔＰＵＢ３１ Ｍｅｄｔｒ７ｇ０７７７８０．１ Ｍｔ７：２１６０４３３５～２１６１０４９８ ８９６ １００．３８ ５．７６ ８２９８９２
ＭｔＰＵＢ３２ Ｍｅｄｔｒ７ｇ０７８３３０．１ Ｍｔ７：２１８６４５３６～２１８６７８６８ ６４６ ７２．７８ ５．２８ ２７７３４０
ＭｔＰＵＢ３３ Ｍｅｄｔｒ７ｇ１１６６００．１ Ｍｔ７：３７９００３９２～３７９０５３５４ ５５２ ６１．６９ ７．８７ ８１１４４
ＭｔＰＵＢ３４ Ｍｅｄｔｒ７ｇ１１７８９０．１ Ｍｔ７：３８４５０４７４～３８４５５６８５ １００１ １１１．２５ ５．４７ ２５８３２１
ＭｔＰＵＢ３５ Ｍｅｄｔｒ８ｇ０１１７２０．１ Ｍｔ８：２００７８５９～２０１１６４７ ２７７ ３１．９５ ５．９７ ２１４２７７
ＭｔＰＵＢ３６ Ｍｅｄｔｒ８ｇ０１１７２０．２ Ｍｔ８：２００７８５９～２０１１６４７ ２８８ ３３．３４ ６．０７ ２０３２６６
ＭｔＰＵＢ３７ Ｍｅｄｔｒ８ｇ０２７１４０．１ Ｍｔ８：６６９４３４７～６６９８２２３ １００６ １１２．０３ ５．５９ ２６２３２５
ＭｔＰＵＢ３８ Ｍｅｄｔｒ８ｇ０７７４８０．１ Ｍｔ８：２１４４９７９０～２１４５２１７５ ４９０ ５５．０３ ８．３９ ２７８３４１
ＭｔＰＵＢ３９ Ｍｅｄｔｒ８ｇ０９２８７０．１ Ｍｔ８：２６４７１９６４～２６４７３２２０ ４１８ ４６．３５ ７．４１ １３７６
ＭｔＰＵＢ４０ Ｍｅｄｔｒ８ｇ０９３３１０．１ Ｍｔ８：２６６９０３７８～２６６９１７０６ ４１８ ４６．３５ ７．４１ １３７６
ＭｔＰＵＢ４１ Ｍｅｄｔｒ８ｇ１０３１９０．１ Ｍｔ８：３０２０３３６６～３０２１３１９６ １０６８ １１８．８２ ５．５６ １５３２１７
３３１第８期 郑兴卫 等：蒺藜苜蓿全基因组中Ｕｂｏｘ基因家族的筛选与特征分析
图１ 蒺藜苜蓿犝犫狅狓家族进化树及蛋白结构
犉犻犵．１ 犜犺犲狀犲犻犵犺犫狅狉犼狅犻狀犻狀犵狆犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲犪狀犱狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳犝犫狅狓狆狉狅狋犲犻狀狊犻狀犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪
使用Ｕｂｏｘ蛋白的氨基酸序列构建进化树，分支上数字代表校验参数Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ重复１０００次时该节点可信度 Ｔｈｅｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｗａｓｃｏｎ
ｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅａｍｉｎｏａｃｉｄｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅＵｂｏｘｐｒｏｔｅｉｎｓ．ＴｈｅｎｕｍｂｅｒｓｏｎｔｈｅｂｒａｎｃｈｅｓｍｅａｎｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｃｅｎｔｏｆＢｏｏｔｓｔｒａｐｓｖａｌｕｅ
ｂａｓｅｄｏｎ１０００ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
２．３ 蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族基因结构及染色体定位分析
对家族成员的基因结构分析显示（图３），蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族基因结构差异较大，内含子数目从０个到１６
个数目不等。进一步分析发现，蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ蛋白分类中的Ｉ类，即 Ｕｂｏｘｏｎｌｙ亚类，其基因结构较为简单，
４３１ 草 业 学 报 第２４卷
大多数不含内含子或仅含有１个内含子，仅有３个基因含有３个以上的内含子。ＩＩ类（Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ 亚类）中每
个基因的内含子数目不超过４个。ＩＩＩ类（Ｋｉｎａｓｅ／Ｕｂｏｘ亚类）中基因的内含子数目在６～９个之间，ＩＶ类（Ｕ
ｂｏｘ／ＷＤ４０亚类）的３个基因所含内含子数目最多，分别为１６个、１５个和１３个。Ｖ类（ＴＰＲ／Ｕｂｏｘ亚类）的２
个基因均含有７个内含子。仅包含１个基因的ＶＩ类（ＵＦＤ２／Ｕｂｏｘ亚类），Ｍｅｄｔｒ６ｇ０１３６９０．１基因含有１５个内
含子。
表２ 蒺藜苜蓿、拟南芥和水稻犝犫狅狓蛋白的结构域组成
犜犪犫犾犲２ 犇狅犿犪犻狀狅狉犵犪狀犻狕犪狋犻狅狀狅犳犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪，犃狉犪犫犻犱狅狆犻狊犪狀犱犗．狊犪狋犻狏犪犝犫狅狓狆狉狅狋犲犻狀狊
分类
Ｇｒｏｕｐ
结构域组成（Ｎ端→Ｃ端）Ｄｏｍａｉｎｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ
（Ｎｔｅｒｍｉｎｕｓ→Ｃｔｅｒｍｉｎｕｓ）
蛋白数量 Ｎｕｍｂｅｒｏｆｐｒｏｔｅｉｎｉｎｃｌｕｄｅｄ
蒺藜苜蓿犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪 拟南芥［１２］犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊 水稻［３６］犗．狊犪狋犻狏犪
Ｉ Ｕｂｏｘｏｎｌｙ １８ ８ ２０
ＩＩ Ｕｂｏｘ＋ＡＲＭｒｅｐｅａｔｓ １２ ２８ ３１
ＩＩＩ Ｋｉｎａｓｅ＋Ｕｂｏｘ ５ １６ １５
ＩＶ Ｕｂｏｘ＋ＷＤ４０ ３ ２ ２
Ｖ ＴＰＲ＋Ｕｂｏｘ ２ ６ ６
ＶＩ ＵＦＤ２ｓｐｅｃｉｅｓｍｏｔｉｆ＋Ｕｂｏｘ １ １ １
ＶＩＩ Ｕｂｏｘ＋ＧＫＬｂｏｘ ０ １６ ０
ＶＩＩＩ ＴＰＲ＋Ｋｉｎａｓｅ＋Ｕｂｏｘ ０ １ １
ＩＸ ＭＩＦ４Ｇ＋Ｕｂｏｘ ０ ０ ２
通过提取蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因的染色体定位信息，得到４１个 Ｕｂｏｘ基因在蒺藜苜蓿８条染色体上的定位
图（图４）。由图４可知，蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因在染色体上呈不均等分布。其中５号染色体分布最多，共含有１０
个Ｕｂｏｘ基因，而４号染色体上分布的Ｕｂｏｘ基因最少，仅有２个Ｕｂｏｘ成员。另外，Ｕｂｏｘ基因在染色体上的
分布呈现区域性，从３号、５号、７号和８号染色体中可以看到，在染色体上的某一区域家族成员个数比较密集。
２．４ 蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ家族基因表达模式分析
利用蒺藜苜蓿 ＭｔＧＥＡ数据库进行的组织表达分析结果（图５）表明，共有３７个Ｕｂｏｘ基因在数据库中有表
达数据。聚类图中用绿－黑－红三色代表基因表达的强度，红色越亮代表信号越强，绿色越亮代表信号越弱，黑
色代表中间水平。结果显示，Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．２在叶片中特异性表达，Ｍｅｄｔｒ５ｇ０７７５１０．１和
Ｍｅｄｔｒ３ｇ００８０８２．１ 主要在根中表达，Ｍｅｄｔｒ１ｇ０１７７７０．１ 与 Ｍｅｄｔｒ３ｇ０６５０８０．１ 在 营 养 器 官 中 表 达 量 高，
Ｍｅｄｔｒ１ｇ０７９４５０．１和 Ｍｅｄｔｒ７ｇ１１６６００．１在种皮中特异性表达。Ｍｅｄｔｒ１ｇ０４４７２０．１普遍存在于蒺藜苜蓿叶、茎、花
和种子等组织中，表达量较为丰富，而 Ｍｅｄｔｒ５ｇ０４８０５０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０８３０３０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０９０５１０．１、Ｍｅｄｔｒ６ｇ０７１３４０．１
和 Ｍｅｄｔｒ７ｇ００５９４０．１在各组织中表达量都很低。
同时，根据不同处理下的芯片数据，还分析了不同胁迫处理下蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ基因的表达模式，包括盐（２００
ｍｍｏｌ／ＬＮａＣｌ）、干旱、低氮（Ｎ２、ＮＯ３、ＮＨ４＋）处理。结果显示，盐胁迫下９个基因（Ｍｅｄｔｒ１ｇ０１７７７０．１、
Ｍｅｄｔｒ２ｇ０１８０１０．１、Ｍｅｄｔｒ３ｇ０９５７３０．１、Ｍｅｄｔｒ４ｇ１０７０１０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０３４４４０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０４８０５０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０７７５１０．１、
Ｍｅｄｔｒ６ｇ０７１３４０．１和 Ｍｅｄｔｒ７ｇ１１７８９０．１）在根中表达量上调，表明这些基因可能会参与植株幼苗期对盐胁迫的响
应。水分胁迫下，在幼苗和根中检测到的Ｕｂｏｘ基因表达量变化并不一致。干旱处理后在幼苗中表达量上调的
基因有 Ｍｅｄｔｒ４ｇ１０７０１０．１和 Ｍｅｄｔｒ６ｇ０１３６９０．１两个，Ｍｅｄｔｒ４ｇ０８５７２０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．２和
Ｍｅｄｔｒ７ｇ１１６６００．１四个基因则表现为干旱时表达量降低，胁迫解除后又恢复甚至超过正常值。而在干旱胁迫后
的根中，Ｍｅｄｔｒ１ｇ０４４７２０．１基因表达量上调，表达量下降的有１０个基因（Ｍｅｄｔｒ３ｇ００８２７０．１、Ｍｅｄｔｒ３ｇ００８２８０．１、
Ｍｅｄｔｒ３ｇ０９５７３０．１、Ｍｅｄｔｒ４ｇ０８５７２０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．１、Ｍｅｄｔｒ５ｇ０２０５７０．２、Ｍｅｄｔｒ７ｇ００５９４０．１、Ｍｅｄｔｒ７ｇ０７７７８０．１、
Ｍｅｄｔｒ８ｇ０９２８７０．１和Ｍｅｄｔｒ８ｇ０９３３１０．１）。Ｎ素（Ｎ２、ＮＯ３、ＮＨ４＋）胁迫下，Ｍｅｄｔｒ４ｇ０８５７２０．１和 Ｍｅｄｔｒ４ｇ１０７０１０．１在
５３１第８期 郑兴卫 等：蒺藜苜蓿全基因组中Ｕｂｏｘ基因家族的筛选与特征分析
图２ 蒺藜苜蓿与拟南芥、水稻犝犫狅狓／犃犚犕蛋白的系统发生关系
犉犻犵．２ 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狉犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆狅犳犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪，犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊犪狀犱犗．狊犪狋犻狏犪犝犫狅狓／犃犚犕狆狉狅狋犲犻狀狊
红色表示蒺藜苜蓿 Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ 蛋白，蓝色表示拟南芥 Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ 蛋白，绿色表示水稻 Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ 蛋白。ＴｈｅｒｅｄｌａｂｅｌｓｉｎｄｉｃａｔｅＵｂｏｘ／
ＡＲＭｐｒｏｔｅｉｎｉｎ犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪，ｗｈｉｌｅｂｌｕｅａｎｄｇｒｅｅｎｏｎｅｓｉｎｄｉｃａｔｅＵｂｏｘ／ＡＲＭｉｎ犃狉犪犫犻犱狅狆狊犻狊ａｎｄ犗．狊犪狋犻狏犪，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
幼苗中响应胁迫，表达量都上调，而根中这两个基因表达量基本不受 Ｎ 素（ＮＯ３、ＮＨ４＋）胁迫的影响。
Ｍｅｄｔｒ７ｇ００５９４０．１在幼苗和根中对ＮＨ４＋胁迫响应都比ＮＯ３敏感。
３ 讨论
随着多种植物基因组测序的完成，利用全基因组数据对基因家族进行系统分析和预测基因功能已成为植物
基因功能研究所关注的重要问题［３７３９］。蒺藜苜蓿作为豆科的模式植物，其基因组测序完成后，ＷＲＫＹ［４０４１］、
ＬＢＤ［４２］、ＭＡＤＳｂｏｘ［４３］及ＮＢＳ［４４］等家族都进行了广泛的生物信息学分析。Ｕｂｏｘ蛋白在植物生殖发育及抗逆
机制中发挥着至关重要的作用，是当前生物学研究的热点。本研究在蒺藜苜蓿基因组中鉴定出４１个 Ｕｂｏｘ基
６３１ 草 业 学 报 第２４卷
图３ ４１个蒺藜苜蓿犝犫狅狓基因的结构分析
犉犻犵．３ 犌犲狀犲狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳４１犝犫狅狓犵犲狀犲犻狀犕．狋狉狌狀犮犪狋犾犪
图４ 蒺藜苜蓿犝犫狅狓基因在染色体上的定位
犉犻犵．４ 犆犺狉狅犿狅狊狅犿犪犾犾狅犮犪狋犻狅狀狊狅犳犝犫狅狓犵犲狀犲狊犻狀犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪
７３１第８期 郑兴卫 等：蒺藜苜蓿全基因组中Ｕｂｏｘ基因家族的筛选与特征分析
图５ 蒺藜苜蓿犝犫狅狓基因表达模式
犉犻犵．５ 犜犺犲犲狓狆狉犲狊狊犻狅狀狆狉狅犳犻犾犲狅犳狋犺犲犕．狋狉狌狀犮犪狋狌犾犪犝犫狅狓犵犲狀犲狊
因，这与之前拟南芥（６４个）［３９］和水稻（７７个）［３６］等植物的报导存在一定差异，这说明 Ｕｂｏｘ基因家族并不与基
因组大小有直接的关系，这与Ｚｅｎｇ等［１２］在水稻Ｕｂｏｘ基因家族研究中的结论一致。
Ｕｂｏｘ功能域是一种被修饰的ＲＩＮＧｆｉｎｇｅｒ结构，它不具有ＲＩＮＧｆｉｎｇｅｒｔｙｐｅ蛋白质中由半胱氨酸和组氨
酸及两个锌离子构成的金属离子螯合残基，而是用盐键和氢键来稳定其结构［４５］。除了Ｎ端的Ｕｂｏｘ结构域外，
Ｕｂｏｘ蛋白中通常还存在一些与蛋白相互作用密切相关的二级结构域，主要用来介导 Ｕｂｏｘ蛋白与底物蛋白的
特异性识别。本研究中根据除Ｕｂｏｘ结构域外的其他结构域的种类，将蒺藜苜蓿中的４１个Ｕｂｏｘ蛋白家族成
员分为６个亚家族。Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ亚家族成员是目前植物Ｕｂｏｘ家族基因中功能研究最多的亚类。拟南芥和水
稻均为研究最为深入的模式植物，突变体类型较蒺藜苜蓿更为丰富，芯片数据更加全面完整，Ｕｂｏｘ基因功能也
得到了更加广泛的验证。研究表明，Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ 蛋白通过多个ＡＲＭ 基序相互衔接形成独特的结构以提供蛋
白－蛋白相互作用的场所，参与植物的自交不亲和、抗病、相应非生物胁迫、激素信号转导等多个过程。本文对蒺
藜苜蓿与拟南芥、水稻的Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ亚家族进行了联合系统进化分析，发现与单子叶的水稻相比，蒺藜苜蓿Ｕ
ｂｏｘ基因与同是双子叶的拟南芥更容易聚为一类，并且Ｕｂｏｘ基因家族在物种间进化上是较为保守的（图２），所
以可以认为与拟南芥聚类在一起的蒺藜苜蓿 Ｕｂｏｘ基因也能具有类似的功能。基于拟南芥中基因功能已报导
或基因组中已注释的Ｕｂｏｘ／ＡＲＭ基因的分析结果［４６４７］，可以对蒺藜苜蓿的 Ｕｂｏｘ基因家族进行功能预测分
８３１ 草 业 学 报 第２４卷
析。在磷酸盐缺失条件下，拟南芥ＡｔＰＵＢ９与其上游信号ＡｔＡＲＫ２共同调控植株侧根发育［４８］，与其对应的蒺藜
苜蓿同源蛋白 ＭｔＰＵＢ３２可能也具有类似功能。拟南芥ＡｔＰＵＢ１８和ＡｔＰＵＢ１９是同源基因，参与ＡＢＡ介导的
干旱胁迫响应过程，并且与ＡｔＰＵＢ２２和 ＡｔＰＵＢ２３响应干旱胁迫的过程相互独立［４９５２］，蒺藜苜蓿中 ＭｔＰＵＢ２６
与ＡｔＰＵＢ１８和ＡｔＰＵＢ１９同源，可能也参与到类似的干旱响应过程。
本文通过对蒺藜苜蓿基因芯片信息分析发现，根据蒺藜苜蓿 Ｕｂｏｘ家族基因在８个不同组织的表达显示，
不同的Ｕｂｏｘ家族成员在表达上具有一定的组织特异性，暗示 Ｕｂｏｘ家族成员间存在功能特异性。而陈浩
等［５３］通过选取水稻中４个Ｕｂｏｘ蛋白质进行 Ｗｅｓｔｅｒｎｂｌｏｔｔｉｎｇ检测和ＥＳＴ数据比较分析，得出４个 Ｕｂｏｘ蛋
白质在水稻生长发育的不同时期或部位为组成型表达，且表达量接近。这可能与物种间存在差异有关，或者与不
同研究中所涉及的转录谱数据和ＥＳＴ数据存在差异有关。多个 Ｕｂｏｘ蛋白基因在盐、干旱和氮素胁迫条件下，
表达量出现上调或下调的变化，暗示这些基因在调控逆境胁迫过程中能够发挥作用。
目前国内外对Ｕｂｏｘ基因功能的研究主要采用酵母双杂交筛选与其相互作用的下游蛋白［５４］，以及基于
ＲＮＡ沉默或基因敲除的反向遗传学办法［１９］。通过研究蒺藜苜蓿Ｕｂｏｘ蛋白的结构与功能，寻找与其相互作用
的靶蛋白，将有助于了解植物体内蛋白与蛋白的互作机制，从而揭示Ｕｂｏｘ基因如何调控蒺藜苜蓿的生长发育，
以及如何参与对逆境胁迫的信号转导过程。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊：
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０４１ 草 业 学 报 第２４卷
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１４１第８期 郑兴卫 等：蒺藜苜蓿全基因组中Ｕｂｏｘ基因家族的筛选与特征分析