stringtranslate.com

MADS-бокс

Блок MADS представляет собой мотив консервативной последовательности . Гены, содержащие этот мотив, называются семейством генов MADS-бокса. [1] Блок MADS кодирует ДНК-связывающий домен MADS. Домен MADS связывается с последовательностями ДНК, имеющими высокое сходство с мотивом CC[A/T] 6 GG, называемым CArG-боксом. [2] Белки MADS-домена обычно являются факторами транскрипции . [2] [3] Длина MADS-бокса, о которой сообщают различные исследователи, несколько различается, но типичная длина находится в диапазоне от 168 до 180 пар оснований, то есть кодируемый домен MADS имеет длину от 56 до 60 аминокислот. [4] [5] [6] [7] Имеются доказательства того, что домен MADS развился из участка последовательности топоизомеразы типа II у общего предка всех современных эукариот. [8]

Происхождение названия и история исследований.

Первым геном MADS-бокса, который был идентифицирован, был ARG80 из почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae [9], но в то время он не был признан членом большого семейства генов. Семейство генов MADS-box позже получило свое название в виде аббревиатуры, относящейся к четырем членам-основателям, [1] игнорируя ARG80 :

У A. thaliana , A. majus и Zea mays этот мотив участвует в развитии цветка. Раннее изучение этих модельных покрытосеменных стало началом исследований молекулярной эволюции цветочной структуры в целом, а также их роли у нецветковых растений. [11]

Разнообразие

Гены MADS-бокса были обнаружены практически у всех исследованных эукариот. [8] В то время как геномы животных и грибов обычно содержат от одного до пяти генов MADS-бокса, геномы цветковых растений содержат около 100 генов MADS-бокса. [12] [13] Выделяют два типа белков MADS-домена; SRF-подобные белки или белки MADS-домена типа I и белки, подобные MEF2 (после MYOCYTE-ENHANCER-FACTOR2 ) или белки MADS-домена типа II. [8] [13] SRF-подобные белки с MADS-доменом у животных и грибов имеют второй консервативный домен, домен SAM (SRF, ARG80, MCM1). [14] MEF2-подобные белки с MADS-доменом у животных и грибов имеют домен MEF2 в качестве второго консервативного домена. [14] У растений MEF2-подобные белки с доменом MADS также называются белками типа MIKC, что связано с их консервативной доменной структурой, где за доменом MADS (M) следует промежуточный (I), кератиноподобный (K) домен. ) и C-концевой домен . [12] У растений белки MADS-домена образуют тетрамеры, и это считается центральным для их функции. [15] [16] Была решена структура домена тетрамеризации MADS-домена белка SEPALLATA3, иллюстрирующая структурную основу образования тетрамера [17]

Генетик , интенсивно исследующий гены MADS-бокса, — Гюнтер Тайсен из Йенского университета . Например, он и его коллеги использовали эти гены, чтобы показать, что порядок Gnetales более тесно связан с хвойными , чем с цветковыми растениями . [18]

MADS-box недостаточно изучен в пшенице по состоянию на 2021 год . [19]

У Zea mays мутант Tunicate1 производит стручки кукурузы . Tunicate1 является мутантом Z. mays MADS19 ( ZMM19 ) в семействе генов SHORT VEGETATIVE PHASE . ZMM19 может проявляться эктопически . [19]

Такая эктопическая экспрессия ZMM19 у A. thaliana приводит к увеличению чашелистиков , что указывает на консервацию . [19]

Функция генов MADS-бокса

Гены MADS-бокса выполняют множество функций. У животных гены MADS-бокса участвуют в развитии мышц, пролиферации и дифференцировке клеток . [14] Функции грибов варьируются от реакции на феромоны до метаболизма аргинина . [14]

У растений гены MADS-бокса участвуют в контроле всех основных аспектов развития, включая развитие мужских и женских гаметофитов , развитие эмбрионов и семян, а также развитие корней, цветков и плодов. [12] [13]

Некоторые гены MADS-бокса цветковых растений имеют гомеотические функции, подобно генам HOX животных. [1] Цветочные гомеотические гены MADS-бокса (такие как AGAMOUS и DEFICIENS ) участвуют в определении идентичности цветочных органов в соответствии с моделью развития цветка ABC . [20]

Другая функция генов MADS-бокса — определение времени цветения. Было показано, что у Arabidopsis thaliana гены MADS-бокса SOC1 [21] и локуса цветения C [22] ( FLC ) играют важную роль в интеграции молекулярных путей времени цветения. Эти гены необходимы для правильного выбора времени цветения и помогают гарантировать, что оплодотворение произойдет во время максимального репродуктивного потенциала.

Структура белков MADS-бокса

Структура белка MADS-бокса характеризуется четырьмя доменами. На N-конце находится высококонсервативный ДНК-связывающий домен MADS . [23] Рядом с доменом MADS расположены умеренно консервативные промежуточный (I) и кератин -подобный (K) домены, которые участвуют в специфических белок-белковых взаимодействиях . [23] Домен карбоксильного конца (C) сильно вариабелен и участвует в активации транскрипции и сборке гетеродимеров и мультимерных белковых комплексов. [24]

Рекомендации

  1. ^ abc Шварц-Зоммер З, Хейсер П., Накен В., Сэдлер Х., Зоммер Х. (ноябрь 1990 г.). «Генетический контроль развития цветков с помощью гомеотических генов у Antirhinum majus». Наука . 250 (4983): 931–6. Бибкод : 1990Sci...250..931S. дои : 10.1126/science.250.4983.931. PMID  17746916. S2CID  15848590.
  2. ^ ab West AG, Shore P, Sharrocks AD (май 1997 г.). «Связывание ДНК с помощью факторов транскрипции MADS-box: молекулярный механизм дифференциального изгиба ДНК». Молекулярная и клеточная биология . 17 (5): 2876–87. дои : 10.1128/MCB.17.5.2876. ПМК 232140 . ПМИД  9111360. 
  3. ^ Свенссон М (2000). Эволюция семейства растительных генов с регуляторными функциями в развитии; исследования Picea abies и Lycopodium annotinum (PDF) . Докторская диссертация. Уппсальский университет, Технический институт природы, биология, факультет эволюционной биологии. ISBN 978-91-554-4826-4. Проверено 30 июля 2007 г.
  4. ^ Ма К., Чан Дж. К., Чжу Г, Ву З (май 2005 г.). «Ацетилирование фактора 2 энхансера миоцитов с помощью p300 усиливает его ДНК-связывающую активность, транскрипционную активность и миогенную дифференцировку». Молекулярная и клеточная биология . 25 (9): 3575–82. дои : 10.1128/MCB.25.9.3575-3582.2005. ПМЦ 1084296 . ПМИД  15831463. 
  5. ^ Лэмб Р.С., ирландский В.Ф. (май 2003 г.). «Функциональное расхождение в линиях цветочных гомеозисных генов APETALA3/PISTILLATA». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (11): 6558–63. Бибкод : 2003PNAS..100.6558L. дои : 10.1073/pnas.0631708100 . ПМК 164485 . ПМИД  12746493. 
  6. ^ Нам Дж, де Памфилис CW, Ма Х, Ней М (сентябрь 2003 г.). «Древность и эволюция семейства генов MADS-box, контролирующих развитие цветов у растений». Молекулярная биология и эволюция . 20 (9): 1435–47. дои : 10.1093/molbev/msg152 . ПМИД  12777513.
  7. ^ Лю С, Ду X, Лу В, Чонг К, Мэн З (2007). «Два AGAMOUS-подобных гена MADS-бокса из Taihangia rupestris (Rosaceae) демонстрируют независимые траектории в эволюции гомеотических функций цветков класса C и класса D». Эволюция и развитие . 9 (1): 92–104. дои : 10.1111/j.1525-142X.2006.00140.x. PMID  17227369. S2CID  9253584.
  8. ^ abc Грамзов Л., Ритц М.С., Тайссен Г. (апрель 2010 г.). «О происхождении факторов транскрипции MADS-домена». Тенденции в генетике . 26 (4): 149–53. дои :10.1016/j.tig.2010.01.004. ПМИД  20219261.
  9. ^ Дюбуа Э., Берси Дж., Декамп Ф., Мессенги Ф. (1987). «Характеристика двух новых генов, необходимых для вегетативного роста Saccharomyces cerevisiae: определение нуклеотидной последовательности и картирование хромосом». Джин . 55 (2–3): 265–275. дои : 10.1016/0378-1119(87)90286-1. ПМИД  3311883.
  10. ^ Соммер Х., Бельтран Дж.П., Хейсер П., Папе Х., Лённиг В.Е., Саедлер Х., Шварц-Зоммер З. (март 1990 г.). «Deficiens, гомеотический ген, участвующий в контроле морфогенеза цветков у Antirrhinum majus: белок демонстрирует гомологию с факторами транскрипции». Журнал ЭМБО . 9 (3): 605–13. doi :10.1002/j.1460-2075.1990.tb08152.x. ПМК 551713 . ПМИД  1968830. 
  11. ^ Фридман, Уильям Э.; Мур, Ричард С.; Пуруганан, Майкл Д. (2004). «Эволюция развития растений». Американский журнал ботаники . Ботаническое общество Америки ( Уайли ). 91 (10): 1726–1741. дои : 10.3732/ajb.91.10.1726. ISSN  0002-9122. ПМИД  21652320.
  12. ^ abc Беккер А, Тейссен Г (декабрь 2003 г.). «Основные клады генов MADS-бокса и их роль в развитии и эволюции цветковых растений». Молекулярная филогенетика и эволюция . 29 (3): 464–89. дои : 10.1016/S1055-7903(03)00207-0. ПМИД  14615187.
  13. ^ abc Грамцов Л., Тайссен Г. (2010). «Автостопом по миру растений MADS». Геномная биология . 11 (6): 214. doi : 10.1186/gb-2010-11-6-214 . ПМК 2911102 . ПМИД  20587009. 
  14. ^ abcd Shore P, Sharrocks AD (апрель 1995 г.). «Семейство транскрипционных факторов MADS-box». Европейский журнал биохимии . 229 (1): 1–13. doi :10.1111/j.1432-1033.1995.0001l.x. ПМИД  7744019.
  15. ^ Тайссен Г., Сэдлер Х (январь 2001 г.). «Биология растений. Цветочные квартеты». Природа . 409 (6819): 469–71. Бибкод : 2001Natur.409..469T. дои : 10.1038/35054172 . PMID  11206529. S2CID  5325496.
  16. ↑ Смачняк С, Имминк Р.Г., Муиньо Х.М., Бланвиллен Р., Бушер М., Бушер-Ланге Дж., Динь К.Д., Лю С., Вестфаль А.Х., Боерен С., Парси Ф., Сюй Л., Карлес CC, Angenent GC, Кауфманн К. (январь 2012 г.) ). «Характеристика комплексов транскрипционных факторов MADS-домена в развитии цветков арабидопсиса». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (5): 1560–5. Бибкод : 2012PNAS..109.1560S. дои : 10.1073/pnas.1112871109 . ПМК 3277181 . ПМИД  22238427. 
  17. ^ Пураник С., Акаджауи С., Конн С., Коста Л., Конн В., Виал А, Марселлин Р., Мельцер Р., Браун Э., Харт Д., Тейсен Г., Силва К.С., Парси Ф., Дюма Р., Нанао М., Зубиета С. (сентябрь). 2014). «Структурная основа олигомеризации фактора транскрипции домена MADS SEPALLATA3 у арабидопсиса». Растительная клетка . 26 (9): 3603–15. дои : 10.1105/tpc.114.127910. ПМК 4213154 . ПМИД  25228343. 
  18. ^ Винтер К.У., Беккер А., Мюнстер Т., Ким Дж.Т., Сэдлер Х., Тейссен Г. (июнь 1999 г.). «Гены MADS-бокса показывают, что гнетофиты более тесно связаны с хвойными, чем с цветковыми растениями». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (13): 7342–7. Бибкод : 1999PNAS...96.7342W. дои : 10.1073/pnas.96.13.7342 . ПМК 22087 . ПМИД  10377416. 
  19. ^ abc Адамски, Николай М; Симмондс, Джеймс (ORCID); Бринтон, Джемайма Ф (ORCID); Бакхаус, Анна Э (ORCID); Чен, Йи (ORCID); Смедли, Марк (ORCID); Хайта, Садие (ОРЦИД); Флорио, Тобин (ORCID); Крейн, Памела (ORCID); Скотт, Питер (ORCID); Пьери, Алиса (ORCID); Холл, Оливия (ORCID); Барклай, Дж. Элейн; Клейтон, Майлз (ORCID); Дунан, Джон Х. (ORCID); Нибау, Кандида (ORCID); Уауи, Кристобаль (ORCID) (01 мая 2021 г.). «Эктопическая экспрессия Triticum polonicum VRT-A2 лежит в основе удлиненных чешуек и зерен гексаплоидной пшеницы в зависимости от дозировки». Растительная клетка . Американское общество биологов растений ( OUP ). 33 (7): 2296–2319. дои : 10.1093/plcell/koab119 . ISSN  1532-298Х. ПМЦ 8364232 . ПМИД  34009390.  {{cite journal}}: Внешняя ссылка ( помощь )|first10=, |first11=, |first12=, |first14=, |first15=, |first16=, |first17=, |first2=, |first3=, |first4=, |first5=, |first6=, |first7=, |first8=, and |first9=CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  20. ^ Коэн ES, Мейеровиц EM (сентябрь 1991 г.). «Война мутовок: генетические взаимодействия, контролирующие развитие цветов». Природа . 353 (6339): 31–7. Бибкод : 1991Natur.353...31C. дои : 10.1038/353031a0. PMID  1715520. S2CID  4276098.
  21. ^ Онучи Х., Идженьо М.И., Перилё С., Грейвс К., Коупленд Дж. (июнь 2000 г.). «Мутагенез растений, сверхэкспрессирующих CONSTANS, демонстрирует новые взаимодействия между генами времени цветения Arabidopsis». Растительная клетка . 12 (6): 885–900. дои : 10.1105/tpc.12.6.885. ПМК 149091 . ПМИД  10852935. 
  22. ^ Майклс С.Д., Амасино RM (май 1999 г.). «ЦВЕТУЩИЙ ЛОКУС C кодирует новый белок домена MADS, который действует как репрессор цветения». Растительная клетка . 11 (5): 949–56. дои : 10.1105/tpc.11.5.949. ПМК 144226 . ПМИД  10330478. 
  23. ^ Аб Джек, Томас (2004). «Молекулярные и генетические механизмы цветочного контроля». Растительная клетка . 16 Дополнение (Дополнение): S1–S17. дои : 10.1105/tpc.017038. ISSN  1040-4651. ПМК 2643400 . ПМИД  15020744. 
  24. ^ Рихманн, Хосе Луис; Мейеровиц, Эллиот М. (1997). «Доменные белки MADS в развитии растений». Биологическая химия . 378 (10): 1079–1101. ISSN  1431-6730. ПМИД  9372178.

Внешние ссылки