BackgroundLipoxygenases (LOXs), a t

Background
Lipoxygenases (LOXs), a type of non-haem iron-containing dioxygenase, are ubiquitous enzymes in plants and participate in the formation of fruit aroma which is a very important aspect of fruit quality. Amongst the various aroma volatiles, saturated and unsaturated alcohols and aldehydes provide the characteristic aroma of the fruit. These compounds are formed from unsaturated fatty acids through oxidation, pyrolysis and reduction steps. This biosynthetic pathway involves at least four enzymes, including LOX, the enzyme responsible for lipid oxidation. Although some studies have been conducted on the LOX gene family in several species including Arabidopsis, soybean, cucumber and apple, there is no information from pear; and the evolutionary history of this gene family in the Rosaceae is still not resolved.

Results
In this study we identified 107 LOX homologous genes from five Rosaceous species (Pyrus bretschneideri, Malus × domestica, Fragaria vesca, Prunus mume and Prunus persica); 23 of these sequences were from pear. By using structure analysis, phylogenic analysis and collinearity analysis, we identified variation in gene structure and revealed the phylogenetic evolutionary relationship of this gene family. Expression of certain pear LOX genes during fruit development was verified by analysis of transcriptome data.

Conclusions
23 LOX genes were identified in pear and these genes were found to have undergone a duplication 30–45 MYA; most of these 23 genes are functional. Specific gene duplication was found on chromosome4 in the pear genome. Useful information was provided for future research on the evolutionary history and transgenic research on LOX genes.

Keywords: Pear; LOX; Fruit flavor; Gene family; Rosaceae
Background
Pear, a member of the subfamily Pomaceae in the Rosaceae, is a temperate fruit crop of major economic importance in the world market. As global economic markets develop, the current breeding objects are moving from the traditional focus on fruit yield to fruit quality, especially flavor. Such flavor is a genetically and biochemically highly complex trait, which involves the interaction of sugars, acids and aroma. Aroma, as a very important component of flavor is receiving more and more attention. The aroma of the fruit is a complex mixture of more than 1000 volatile compounds, including esters, aldehydes, terpenes, alcohols, carbonyl compounds, and some sulfur compounds [1,2], and the type and relative proportion of each aroma component determine the specific aroma of different fruit. Although intensive research has been conducted on the physiological and biochemical analysis of fruit aroma, the molecular genetic basis and inheritance of aroma patterns are still unknown.

However, biosynthetic pathways leading to the formation of plant flavor volatiles such as esters, alcohols and aldehydes have been thoroughly investigated [3]. As judged by either quality or quantity, the main fruit volatiles are substantially derived from saturated and unsaturated fatty acids. Straight-chain alcohols, aldehydes, ketones, acids, esters and lactones are primarily formed by the fatty acid oxidation pathway by lipoxygenase, via α and β- oxidation. The lipoxygenase pathway of fatty acids involves at least four enzymes, namely lipoxygenase (LOX), hydroperoxide lyase (HPL), alcohol dehydrogenase (ADH) and alcohol acetyl transferase (AAT).

LOXs are lipid-oxidizing enzymes, a type of non-haem iron-containing dioxygenase, which is ubiquitous in the animal and plant kingdoms [4]; they are even found in fungi [5] and bacteria [6]. LOX is a common plant lipoxygenase that oxidizes linoleate and alpha- linolenate, the two most common polyunsaturated fatty acids found in plants. The patterns of LOX gene expression vary according to the tissue and stage of development [7-10].

According to enzyme classification, LOX is defined as a Linoleic: Oxygen oxidoreductase, which catalyzes (Z, Z) -1,4-pentadiene structural units of unsaturated fatty acids plus oxygen to produce unsaturated fatty acid peroxides [11]. It is a multifunctional enzyme, involved in at least three different types of catalytic reaction: 1) oxidation of the lipid double plus (peroxidase reaction); 2) a secondary lipid peroxide conversion (reaction of hydrogen peroxidase) [12]; 3) formation of epoxy leukotrienes (leukotriene synthesis reaction) [13].

It is known that in complex eukaryotes LOXs are generally encoded by a multigene family [10,14]. With the rapid development in sequencing and functional genomics research, LOX genes are being identified, cloned and studied in more and more plant species.

For example, six lipoxygenases were reported in the model plant Arabidopsis thaliana[15]. Studies on cucumber revealed that expression of 13 out of the 23 LOX genes can be detected using RT-PCR. Twelve genes were differentially expressed in response to abiotic stresses and plant growth regulator treatments [16]. Analysis of the grape (Vitis vinifera L.) genome revealed that a LOX family consisting of 18 individual members [17]. A shared polyploidy relationship between Glycine max and Medicago truncatula was revealed by analysis of this gene family [18]. There are three different types of LOX in soybean LOX1, LOX2, and LOX3, while the LOX2 isozyme is primarily responsible for the “beany” flavor of most soybean seeds. A single nucleotide-amplified polymorphism (SNP) marker was found to identify the lack of the LOX2 isozyme, and can be used to assist the breeding and selection in this species [19]. A total of 25 LOX genes were identified in apple by mining the whole assembled apple genome [20].

With the intention to extend the knowledge of the formation of aroma-related volatiles and to understand the structure and evolutionary history of the LOX gene family, we investigated this gene family in pear (Pyrus bretschneideri) and compared pear LOXs with those of another four fully sequenced Rosaceae species (Malus × domestica, Fragaria vesca, Prunus mume and Prunus persica). Structure analysis, synteny analysis, phylogenetic analysis and positive selection analysis were conducted on LOX homologous genes and the effects on function are discussed. Using the pear genome information, we also utilised the transcriptome dataset of pear fruit to verify our results.

Results
Sequence identification and collection
Using the domain of “Lipoxygenase” from Pfam (http://pfam.janelia.org/), we searched for the LOX homologous genes in five fully sequenced genome of Rosaceae species, namely peach (Prunus persica) [21], apple (Malus × domestica) [22], woodland strawberry (Fragaria vesca) [23], mei (Prunus mume) [24] and pear (Pyrus bretschneideri) [25] (Table 1). By employing the “multiple segment Viterbi” (MSV) algorithm; implemented in HMMER3 software package, 128 sequences were identified. After filtering the length of the homologous genes, 19 genes were removed for shortness and two sequences were removed for not having the complete domain of LOX as tested by SMART (http://smart.embl/heidelberg.de/). Finally, 107 genes were identified as LOX homologous genes (Additional file 1: Table S1).23 LOX genes were identified in pear with 36 in apple, 18 in mei, 16 in peach and 14 in strawberry. The chromosome number of apple and pear is 34 compared with 16 in peach and mei, and 14 in strawberry. The number of LOX genes in pear and apple are almost double the number of in peach and mei. Pear and apple are the most important economic crops in the Rosacease and belong to the Maloideae while mei and peach belong to the Prunoideae, which does not show the expansion of LOX gene family. The species tree of the five Rosaceae species shows the whole genome duplication in the progenitor of pear and apple (Figure 1).

Table 1. The five Rosaceae species in which LOX homologous genes were identified
Additional file 1: Table S1. Structural and biochemical information of LOX homologous genes in five Rosaceae species. aa: amino acid; MW: molecule weight; pI: isoelectric point. ‘0’ means gene has no PLAT/LH2 domain and ‘1’ means the gene has PLAT/LH2 domain. LOX domain is the same. Pbr- denotes a pear gene, MDP- apple, ppa- peach, Pm- Mei and mrna- strawberry. LOX domain is PF00305 in Pfam (http://pfam.xfam.org/ webcite), and domain PF01477 is PLAT (Polycystin-1, Lipoxygenase, Alpha-Toxin) or LH2 (Lipoxygenase homology). 23 genes were identified in pear, 36 in apple; 18 in mei, 16 in peach, and 14 in strawberry.
Format: XLSX Size: 17KB Download fileOpen Data
thumbnailFigure 1. Species tree of five Rosaceae species. Star indicates the occurrence of WGD; Numbers in the figures indicate species divergence time. Unit:MYA (million years ago). The data were downloaded from NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ webcite) Common Tree in Taxonomy section and the tree was constructed by MEGA5.
The pear LOX gene family has 23 members, which are distributed unevenly in the genome. Chromosomes 7, 9 and 10 each have 1 LOX gene while chromosomes 2, 5, 11 and 16 have 2 LOX genes and 4 on scaffold. Most notable is the presence of 8 LOX genes on chromosome 4. We can therefore infer that chromosome 4 has gone through a segmental duplication and the LOX gene family is in that segment.

We also noticed that Pbr020432.1 (Chr4: 1151461–1156749), and Pbr020415.1 (Chr4: 1294295–1299591) encode proteins of the same length (Additional file 1: Table S1), with the same pI (Isoelectric Point) and (Molecular Weight). After further analysis, we found out that these two sequences are identical. Pbr020435.1 (1121034–1124532) and Pbr020412.1 (1326550–1330048) on chromosome 4, Pbr004005.1 (32328–35666) and Pbr004008.1 (60045–63383) on scaffold1189.0, and Pbr004541.1 (22844958–22851334) and Pbr004568.1 (23111942–23118253) on chromsome11 are also identical.

We included all the 25 LOX genes described in the analysis of the LOX gene family in apple [20], with the exception of MDP0000312394, which did not hav

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

พื้นหลังLipoxygenases (LOXs), ชนิดของ dioxygenase การที่ประกอบด้วยเหล็กไม่ใช่ haem มีเอนไซม์สมบูรณ์ในพืช และมีส่วนร่วมในการก่อตัวของกลิ่นผลไม้ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของผลไม้คุณภาพ หมู่ volatiles หอม อิ่มตัวต่าง ๆ และ alcohols ในระดับที่สม และ aldehydes ให้หอมลักษณะของผลไม้ สารเหล่านี้จะเกิดขึ้นจากกรดไขมันในระดับที่สมออกซิเดชัน ชีวภาพ และลดขั้นตอนต่าง ๆ ทางเดินนี้ biosynthetic เกี่ยวข้องกับเอนไซม์น้อยสี่ รวม LOX เอนไซม์ชอบเกิดออกซิเดชันของไขมัน ถึงแม้ว่าได้ดำเนินการศึกษาบางอย่างในครอบครัวยีน LOX Arabidopsis ถั่วเหลือง แตงกวา และแอปเปิ้ลพันธุ์ต่าง ๆ ไม่มีข้อมูลจากลูกแพร์ และประวัติวิวัฒนาการของยีนนี้ใน Rosaceae ยังแก้ไขได้ไม่ผลลัพธ์ในการศึกษานี้ เราระบุยีน homologous LOX 107 จากห้า Rosaceous พันธุ์ (Pyrus bretschneideri, Malus × domestica, Fragaria vesca นาง mume และนาง persica); 23 ของลำดับเหล่านี้ได้จากลูกแพร์ โดยใช้การวิเคราะห์โครงสร้าง การวิ phylogenic และวิเคราะห์ภาวะร่วมเส้นตรง เราระบุการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของยีน และเปิดเผยความสัมพันธ์ phylogenetic วิวัฒนาการของยีนนี้ นิพจน์ของบางยีน LOX ลูกแพร์ในระหว่างการพัฒนาผลไม้ถูกตรวจสอบ โดยการวิเคราะห์ข้อมูล transcriptomeบทสรุประบุ 23 LOX ยีนในลูกแพร์ และพบยีนเหล่านี้จะมีระดับซ้ำซ้อน MYA 30 – 45 ของยีนเหล่านี้ 23 ทำงานได้ พบยีนเฉพาะสำเนาบน chromosome4 ในกลุ่มลูกแพร์ ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์การวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับประวัติวิวัฒนาการยีน LOX วิจัยถั่วเหลืองคำสำคัญ: ลูกแพร์ LOX ผลไม้รส ครอบครัวยีน Rosaceaeพื้นหลังลูกแพร์ สมาชิกของ subfamily Pomaceae ใน Rosaceae พืชผลไม้ซึ่งความสำคัญทางเศรษฐกิจที่สำคัญในตลาดโลกได้ ตลาดเศรษฐกิจโลกพัฒนา วัตถุพันธุ์ปัจจุบันกำลังจะย้ายจากความดั้งเดิมบนผลผลิตผลไม้ผลไม้คุณภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรส การติดแปลงพันธุกรรม และ biochemically สูงซับซ้อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการโต้ตอบของน้ำตาล กรด และกลิ่น รสดังกล่าวได้ กลิ่นหอม เป็นส่วนประกอบสำคัญของรสชาติได้รับความสนใจมาก ขึ้น กลิ่นหอมของผลไม้ผสมที่ซับซ้อนของสารระเหยมากกว่า 1000 รวม esters, aldehydes, terpenes, alcohols สารประกอบ carbonyl และสารประกอบกำมะถันบาง [1, 2], และชนิดและสัดส่วนสัมพันธ์ของแต่ละส่วนกลิ่นหอมกลิ่นเฉพาะของผลไม้ต่าง ๆ ที่กำหนด แม้ว่ามีการดำเนินการวิจัยเร่งรัดการสรีรวิทยา และชีวเคมีของกลิ่นผลไม้ ที่โมเลกุลพันธุกรรม พื้นฐานและสืบทอดรูปแบบกลิ่นยังไม่รู้จักอย่างไรก็ตาม biosynthetic ทางเดินที่นำไปสู่การก่อตัวของพืชรส volatiles เช่น esters, alcohols และ aldehydes ได้อย่างทั่วถึงตรวจสอบ [3] ที่ตัดสินคุณภาพหรือปริมาณ volatiles ผลไม้หลักที่มาจากกรดไขมันอิ่มตัว และในระดับที่สมมาก ตรงโซ่ alcohols, aldehydes คีโตน กรด esters และ lactones เป็นหลักรูปแบบ โดยทางเดินเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน โดย lipoxygenase αและβ-ออกซิเดชัน ทางเดิน lipoxygenase ของกรดไขมันที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์น้อยสี่ ได้แก่ lipoxygenase (LOX), hydroperoxide lyase (HPL), แอลกอฮอล์ dehydrogenase (อัซ) และแอลกอฮอล์ acetyl transferase (AAT)LOXs จะรับอิเล็กตรอนไขมันเอนไซม์ ชนิดของ haem ไม่ประกอบด้วยเหล็ก dioxygenase ซึ่งอยู่ในอาณาจักรที่สัตว์และพืช [4]; นอกจากนี้พวกเขาได้ถูกพบในเชื้อรา [5] และแบคทีเรีย [6] LOX เป็น lipoxygenase พืชทั่วไปที่ oxidizes linoleate และอัลฟา-linolenate สองมากที่สุดไขมันกรดไขมันที่พบในพืช รูปแบบของ LOX ยีนแตกต่างกันไปตามเนื้อเยื่อและขั้นตอนของการพัฒนา [7-10]ตามการจัดประเภทเอนไซม์ LOX ถูกกำหนดเป็นการ Linoleic: ออกซิเจน oxidoreductase ซึ่ง catalyzes (Z, Z) - 1,4-หน่วย pentadiene โครงสร้างของกรดไขมันในระดับที่สมออกซิเจนจะสร้างกรดไขมันในระดับที่สม peroxides [11] เป็นเอนไซม์โดย เกี่ยวข้องกับอย่างน้อยสามชนิดของปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา: 1) การเกิดออกซิเดชันของไขมันคู่บวก (ปฏิกิริยา peroxidase); การแปลงรูปไขมันรองเปอร์ออกไซด์ (ปฏิกิริยาของไฮโดรเจน peroxidase) [12], 3) การก่อตัวของอีพ็อกซี่ leukotrienes ตัวกลาง (leukotriene สังเคราะห์ปฏิกิริยา) [13]ขึ้นชื่อเรื่องว่า ใน eukaryotes ซับซ้อน LOXs จะโดยทั่วไปจะถูกเข้ารหัส โดยครอบครัว multigene [10,14] มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในการจัดลำดับ และ genomics ทำงานวิจัย LOX ยีนมีการ ระบุ โคลน และศึกษาชนิดของพืชมาก ขึ้นตัวอย่าง lipoxygenases หกได้รายงานในแบบจำลองพืช Arabidopsis thaliana [15] ศึกษาแตงกวาเปิดเผยว่า ของ 13 จากยีน LOX 23 สามารถพบการใช้ RT-PCR ยีน 12 ได้ differentially แสดงตอบสนองต่อความเครียด abiotic และรักษาควบคุมการเจริญเติบโตพืช [16] การวิเคราะห์จีโนมองุ่น (Vitis vinifera L.) เปิดเผยที่ LOX ครอบครัวประกอบด้วยสมาชิกแต่ละ 18 [17] ความสัมพันธ์ polyploidy ร่วมระหว่าง Glycine max Medicago truncatula ถูกเปิดเผย โดยการวิเคราะห์ของตระกูลยีนนี้ [18] มีสามประเภท LOX ในถั่วเหลือง LOX1, LOX2 และ LOX3, LOX2 isozyme เป็นหลักชอบ "beany" รสชาติของเมล็ดถั่วเหลืองมากที่สุด เครื่องหมายเดียวขยายนิวคลีโอไทด์โพลีมอร์ฟิซึม (SNP) พบระบุไม่มี LOX2 isozyme และสามารถใช้เพื่อช่วยเพาะพันธุ์และเลือกในนกชนิดนี้ [19] จำนวนยีน LOX 25 ได้ระบุไว้ในแอปเปิ้ล โดยทำเหมืองจีโนมแอปเปิ้ลประกอบทั้งหมด [20]ด้วยความตั้งใจเพื่อให้ความรู้ของการก่อตัวของ volatiles ที่เกี่ยวข้องกับกลิ่น และ ทำความเข้าใจโครงสร้างและประวัติวิวัฒนาการของยีน LOX เราตรวจสอบครอบครัวยีนนี้ลูกแพร์ (Pyrus bretschneideri) และเปรียบเทียบ LOXs ลูกแพร์กับพันธุ์อื่นสี่ตามลำดับทั้งหมด Rosaceae (Malus × domestica, Fragaria vesca นาง mume และนาง persica) วิเคราะห์โครงสร้าง การวิเคราะห์ synteny, phylogenetic วิเคราะห์ และเลือกบวกวิเคราะห์ได้ดำเนินการบน LOX homologous ยีน และมีการกล่าวถึงผลกระทบกับการทำงาน เรายังใช้ข้อมูลจีโนมลูกแพร์ ใช้ชุดข้อมูล transcriptome ของสาลี่เพื่อตรวจสอบผลของเราผลลัพธ์รหัสลำดับและเรียกเก็บเงินเราใช้โดเมนของ "Lipoxygenase" จาก Pfam (http://pfam.janelia.org/), ค้นหายีน homologous LOX ในห้าเต็มตามลำดับกลุ่มพันธุ์ Rosaceae ได้แก่พีช (นาง persica) [21], แอปเปิ้ล (Malus × domestica) [22], วู้ดแลนด์สตรอเบอร์รี่ (Fragaria vesca) [23], เหมย (นาง mume) [24] และลูกแพร์ (Pyrus bretschneideri) [25] (ตารางที่ 1) โดยใช้ "หลายเซ็กเมนต์ Viterbi" อัลกอริทึม (MSV) ดำเนินการในแพคเกจซอฟต์แวร์ HMMER3 ระบุลำดับที่ 128 หลังจากกรองความยาวของ homologous ยีน ยีน 19 ออกสำหรับหายใจถี่ และลำดับที่สองไม่มีโดเมนเสร็จสมบูรณ์ของ LOX เป็นทดสอบโดยการออก แบบ (http://smart.embl/heidelberg.de/) สุดท้าย ระบุ 107 ยีนเป็นยีน homologous LOX (เพิ่มเติมไฟล์ 1: ตาราง S1) .23 LOX ยีนระบุในลูกแพร์ 36 ในแอปเปิ้ล 18 ในเหมย 16 พีช และ 14 ในสตรอเบอร์รี่ จำนวนโครโมโซมของต้นแอปเปิลและต้นแพร์เป็น 34 เมื่อเทียบกับ 16 พีช และเหมย และ 14 ในสตรอเบอร์รี่ จำนวนยีน LOX แอปเปิ้ลและลูกแพร์มีเกือบคู่หมายของพีชและเหมย ลูกแพร์และแอปเปิลเป็นพืชเศรษฐกิจสำคัญในการ Rosacease และ Maloideae เป็นของขณะเหมยและพีชเป็นของ Prunoideae ซึ่งแสดงการขยายตัวของครอบครัวยีน LOX ต้นพันธุ์พันธุ์ Rosaceae 5 แสดงซ้ำทั้งจีโนมใน progenitor ของลูกแพร์และแอปเปิล (1 รูป)ตารางที่ 1 สายพันธุ์ Rosaceae ห้าใน LOX ที่ระบุยีน homologousแฟ้มเพิ่มเติม 1: S1 ตาราง ชีวเคมี และโครงสร้างข้อมูลของยีน homologous LOX ในห้า Rosaceae ชนิด เอเอ: กรดอะมิโน MW: น้ำหนักโมเลกุล ปี่: isoelectric จุด '0' หมายความว่า ยีนมีโดเมนไม่ PLAT/LH2 และ '1' หมายความว่า ยีนมีโดเมน PLAT/LH2 LOX โดเมนจะเหมือนกัน Pbr - แสดงลูกแพร์ยีน MDP-แอปเปิ้ล ppa-ลูกพีช Pm - เหมย และ สตรอเบอร์รี่ mrna โดเมน LOX PF00305 ใน Pfam (http://pfam.xfam.org/ webcite), และโดเมน PF01477 PLAT (Polycystin-1, Lipoxygenase อัลฟาพิษ) หรือ LH2 (Lipoxygenase homology) ระบุยีน 23 ในลูกแพร์ 36 ในแอปเปิ้ล 18 ในเหมย 16 พีช และ 14 ในสตรอเบอร์รี่รูปแบบ: XLSX ขนาด: fileOpen 17KB ดาวน์โหลดข้อมูลthumbnailFigure 1 แผนภูมิชนิดพันธุ์ Rosaceae ห้า ดาวบ่งชี้ว่า การเกิดขึ้นของ WGD หมายเลขตัวเลขบ่งชี้ชนิด divergence ครั้ง หน่วย: MYA (ล้านปี) ดาวน์โหลดจาก NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ webcite) แผนภูมิทั่วไปในส่วนของระบบข้อมูล และแผนภูมิถูกสร้างขึ้น โดย MEGA5ลูกแพร์ LOX ยีนครอบครัวมีสมาชิก 23 ซึ่งมีการแจกจ่ายซึ่งในกลุ่ม Chromosomes 7, 9 และ 10 แต่ละมี 1 LOX ยีนในขณะที่ยีน chromosomes 2, 5, 11 และ 16 มี 2 LOX และ 4 บนนั่งร้าน แห่งเป็นของ 8 LOX ยีนบนโครโมโซม 4 เราจึงสามารถรู้ว่า โครโมโซม 4 ได้หายไป โดยทำซ้ำงานติด segmental และครอบครัวยีน LOX เป็นเมนต์เรายังสังเกตด้วยว่า Pbr020432.1 (Chr4: 1151461 – 1156749), และ Pbr020415.1 (Chr4: 1294295 – 1299591) เข้ารหัสโปรตีนของความยาว (เพิ่มเติมไฟล์ 1: S1 ตาราง), ปี่เดียว (Isoelectric จุด) และ (น้ำหนักโมเลกุล) หลังจากวิเคราะห์ เราพบว่า ลำดับที่สองเหล่านี้เป็นเหมือนกัน Pbr020435.1 (1121034 – 1124532) และ Pbr020412.1 (1326550 – 1330048) บนโครโมโซม 4, Pbr004005.1 (32328 – 35666) และ Pbr004008.1 (60045 – 63383) scaffold1189.0 และ Pbr004541.1 (22844958 – 22851334) และ Pbr004568.1 (23111942 – 23118253) ใน chromsome11 ก็เหมือนกันเรารวมทั้งหมด 25 LOX ยีนอธิบายยกเว้น MDP0000312394 ซึ่งได้ hav ไม่ในการวิเคราะห์ครอบครัวยีน LOX แอปเปิ้ล [20],

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

lipoxygenases พื้น
( loxs ) , ชนิดของเหล็กที่ไม่ใช่แฮมที่มีไดออกซิจีเนสที่เกี่ยวข้อง เป็นเอนไซม์ที่แพร่หลายในพืชและมีส่วนร่วมในการพัฒนาของผลไม้กลิ่นซึ่งเป็นลักษณะที่สำคัญมากของที่มีคุณภาพผลไม้ ในบรรดาสารระเหยกลิ่นต่างๆ , ไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว มีกลิ่นแอลกอฮอล์และอัลดีไฮด์ซึ่งลักษณะของผลไม้สารประกอบเหล่านี้จะเกิดขึ้นจากกรดไขมันไม่อิ่มตัวจากปฏิกิริยาไพโรไลซิสและขั้นตอนการลด งานวิจัยนี้เกี่ยวข้องกับทางเดินอย่างน้อยสี่เอนไซม์ , เอนไซม์ที่รับผิดชอบรวมถึงปลาแซลมอนรมควัน , ลิปิดออกซิเดชัน แม้ว่าบางการศึกษาที่ได้รับการดำเนินการใน LOX ยีนหลายชนิด รวมทั้งครอบครัวใน Arabidopsis ถั่วเหลือง แตงกวา และแอปเปิ้ล มีข้อมูลจากลูกแพร์ ;ประวัติและวิวัฒนาการของยีนในครอบครัว Rosaceae ยังไม่ได้แก้ไข ผลการศึกษานี้


เราระบุ 107 LOX โฮโมโลกัสยีนจากห้าชนิดที่เกี่ยวกับกุหลาบ ( pyrus bretschneideri malus × domestica fragaria vesca , , , และการทดสอบความเป็นป็อปศาสนา ) ; 23 ของลำดับเหล่านี้ได้จากลูกแพร์ โดยใช้การวิเคราะห์โครงสร้างการวิเคราะห์และการวิเคราะห์ collinearity , วิวัฒนาการ ,เราระบุการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของยีน และพบความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการวิวัฒนาการของยีนในครอบครัว การแสดงออกของยีนบางลูกแพร์ LOX ระหว่างการพัฒนาของผลการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลโดยการวิเคราะห์ทราน ริปโตม .

สรุป
23 LOX ยีนถูกระบุในลูกแพร์ ยีนเหล่านี้ถูกพบว่าได้รับการทำซ้ำ 30 – 45 เมียะ ส่วนใหญ่ของเหล่านี้ 23 ยีน คือหน้าที่สำเนาของยีนที่เฉพาะเจาะจงที่พบใน chromosome4 ในลูกแพร์ ) . ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ให้สำหรับการวิจัยในอนาคตในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการและวิจัยพันธุกรรมในยีน LOX

คำสำคัญ : ลูกแพร์ ; แซลมอนรมควันรสผลไม้ ; ครอบครัว ; ยีน ; พื้นหลัง

ลูกแพร์ พีต แซมพราส สมาชิกของ subfamily pomaceae ในพีต แซมพราส เป็นไม้ผลเขตหนาวที่สำคัญทางเศรษฐกิจที่สำคัญในตลาดโลกเป็นตลาดเศรษฐกิจโลกพัฒนาพันธุ์ปัจจุบันวัตถุเคลื่อนที่จากโฟกัสแบบดั้งเดิมในผลผลิตที่มีคุณภาพ ผลไม้ โดยเฉพาะรส รสเป็นลักษณะพันธุกรรมและ biochemically ซับซ้อนสูงที่เกี่ยวข้องกับการปฏิสัมพันธ์ของน้ำตาล , กรดและกลิ่น กลิ่นหอม , เป็นส่วนประกอบที่สำคัญมากของรสชาติที่ได้รับความสนใจมากขึ้นและมากขึ้นกลิ่นหอมของผลไม้เป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของมากกว่า 1000 ระเหย ได้แก่ เอสเทอร์ อัลดีไฮด์เทอร์ปีน แอลกอฮอล์ , สารประกอบคาร์บอนิล , และบางส่วนของสารประกอบซัลเฟอร์ [ 2 ] และชนิดและสัดส่วนสัมพัทธ์ของแต่ละกลิ่นส่วนประกอบตรวจสอบกลิ่นเฉพาะของผลไม้ที่แตกต่างกันแม้ว่าการวิจัยอย่างเข้มข้นได้รับการดำเนินการเกี่ยวกับการวิเคราะห์ทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของกลิ่นผลไม้ , พันธุศาสตร์โมเลกุลพื้นฐานและมรดกของรูปแบบกลิ่นยังไม่ทราบ

อย่างไรก็ตาม แนวทางงานวิจัยที่นำไปสู่การพัฒนาของพืชกลิ่นสารระเหย เช่น แอลกอฮอล์ และเอสเทอร์ อัลดีไฮด์ได้สืบสวนอย่างละเอียด [ 3 ] เป็นการตัดสินโดยให้คุณภาพหรือปริมาณส่วนสารระเหยผลหลักเป็นอย่างมากที่ได้มาจากไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัวกรดไขมัน ตรงโซ่แอลกอฮอล์ อัลดีไฮด์ , คีโตนกรดแลคโทนเป็นหลักและเอสเทอร์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชันกรดไขมันโดยภาคและทางเดินผ่านαบีตา - ออกซิเดชัน ในภาคของทางเดินของกรดไขมันที่เกี่ยวข้องกับอย่างน้อยสี่ชนิด ได้แก่ เอนไซม์กลูตาเมตออกซิเดส ( LOX ) lyase hydroperoxide ( HPL )แอลกอฮอล์ dehydrogenase ( ADH ) และแอลกอฮอล์ทิลทรานสเฟอเรส ( AAT )

loxs เป็นลิพิดเอนไซม์ออกซิไดซ์ , ชนิดของเหล็กที่ไม่ใช่แฮมที่มีไดออกซิจีเนสที่เกี่ยวข้องซึ่งเป็นที่แพร่หลายในราชอาณาจักรสัตว์และพืช [ 4 ] ; พวกเขายังพบในเชื้อราและแบคทีเรีย [ 5 ] [ 6 ] ปลาแซลมอนรมควันเป็นพืชทั่วไปภาคที่ oxidizes ลิโนลีเและแอลฟา - ลิโนลีเนต ,2 กรดไขมันไม่อิ่มตัวที่พบมากที่สุดที่พบในพืช รูปแบบการแสดงออกของยีน LOX แตกต่างกันไปตามเนื้อเยื่อและระยะการพัฒนา [ 7 ] .

ตามการจำแนกเอนไซม์ LOX หมายถึงโน : อ ซิโดรีดักเทส ออกซิเจน ซึ่งกระตุ้น ( Z , Z ) - 1,4-pentadiene โครงสร้างหน่วยของกรดไขมันที่ไม่อิ่มตัวกับออกซิเจนเพื่อผลิตกรดไขมันไม่อิ่มตัว peroxides [ 11 ]มันเป็นเอนไซม์โดย เกี่ยวข้องกับอย่างน้อยสามชนิดที่แตกต่างกันของการเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน ( 1 ) ดับเบิ้ลพลัส ( ปฏิกิริยาเอนไซม์ ) ; 2 ) ไขมันในการแปลง ( ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทุติยภูมิ peroxidase ) [ 12 ] ; 3 ) การก่อตัวของอีพ็อกซี่ลิวโคไตรอีน ( ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ leukotriene )

[ 13 ]มันเป็นที่รู้จักกันว่าโดยทั่วไปซับซ้อนยูแคริโอต loxs เข้ารหัสโดยครอบครัว multigene [ 10,14 ] มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในการจัดลำดับและการวิจัยในการทำงาน , ปลาแซลมอนรมควันยีนที่มีการระบุ , โคลนและศึกษาในมากขึ้นและชนิดของพืช

เช่น หก lipoxygenases ที่มีรายงานในรูปแบบพืช Arabidopsis thaliana [ 15 ]การศึกษาในแตงกวา พบว่า การแสดงออกของ 13 จาก 23 LOX ยีนสามารถตรวจพบการใช้นี้ 12 ยีนแสดงออกแตกต่างกันในการตอบสนองต่อความเครียดและควบคุมการเจริญเติบโตพืช การทดลองการรักษา [ 16 ] การวิเคราะห์จีโนมองุ่นองุ่น vinifera L . ) เปิดเผยว่า ปลาแซลมอนรมควันครอบครัวประกอบด้วย 18 สมาชิกบุคคล [ 17 ]การใช้ความสัมพันธ์ระหว่างถั่วเหลือง และ MEDICAGO truncatula ถูกเปิดเผยโดยการวิเคราะห์ยีนของครอบครัว [ 18 ] มีอยู่สามชนิดที่แตกต่างกันของปลาแซลมอนรมควันใน lox1 ถั่วเหลือง lox2 และ lox3 ในขณะที่ lox2 ทีรับผิดชอบหลักสำหรับ " กลิ่นรสถั่ว " ของเมล็ดพันธุ์ถั่วเหลืองมากที่สุดเป็นซิงเกิลนิวคลีโอไทด์ amplified polymorphism ( SNP ) เครื่องหมายถูกพบว่าขาด lox2 ไอโซไซม์ และคุณสามารถใช้เพื่อช่วยในการผสมพันธุ์และคัดเลือกสายพันธุ์นี้ [ 19 ] ทั้งหมด 25 ยีนแซลมอนรมควันถูกระบุในแอปเปิ้ลโดยการประกอบจีโนมทั้งหมดแอปเปิ้ล [ 20 ] .

มีความตั้งใจที่จะขยายองค์ความรู้ของการก่อตัวของกลิ่นที่เกี่ยวข้องกับสารระเหย และเข้าใจถึงโครงสร้างและวิวัฒนาการประวัติศาสตร์ LOX ยีนครอบครัวเราตรวจสอบยีนครอบครัวในลูกแพร์ ( pyrus bretschneideri ) และเมื่อเทียบ loxs ลูกแพร์กับพวกอีกสี่อย่างนี้ Rosaceae สายพันธุ์ ( malus × domestica fragaria vesca , ป็อป และศาสนา , การทดสอบความเป็น )การวิเคราะห์ synteny โครงสร้าง การวิเคราะห์วิวัฒนาการและการวิเคราะห์การเลือกบวกจำนวนบน LOX โฮโมโลกัสยีนและผลต่อการทำงานของได้ถูก ใช้ลูกแพร์จีโนมสารสนเทศ นอกจากนี้เรายังใช้ประโยชน์จากทราน ริปโตมข้อมูลลูกแพร์ผลไม้เพื่อตรวจสอบผลของเรา

ผลการจำแนกลำดับและคอลเลกชัน

ใช้โดเมนของ " ภาค " จาก pfam ( pfam http / / : .janelia . org / ) เราค้นหา LOX โฮโมโลกัสยีนในจีโนมของสายพันธุ์นี้ห้าครบ พีต แซมพราส คือพีช ( การทดสอบความเป็นศาสนา ) [ 21 ] , แอปเปิ้ล ( malus × domestica ) [ 22 ] ป่าสตรอเบอร์รี่ ( fragaria vesca ) [ 23 ] เมย์ ( ป็อป ) [ 24 ] และลูกแพร์ ( pyrus bretschneideri ) [ 25 ] ( ตารางที่ 1 ) โดยการใช้ " อุปกรณ์ส่วนหลาย " ( MSV ) ขั้นตอนวิธี ดำเนินการใน hmmer3 ซอฟต์แวร์แพคเกจลำดับ 128 ระบุ . หลังจากที่กรองความยาวของโฮโมโลกัสยีน ยีนออกเพื่อความกระชับ และ 19 สองลำดับออกไม่มีโดเมนที่สมบูรณ์ของปลาแซลมอนรมควันเป็นทดสอบโดยสมาร์ท ( http : / / ฉลาด สัตว / Heidelberg . de / ) ในที่สุด , 107 ยีนที่ถูกระบุว่าเป็นแซลมอนรมควันโฮโมโลกัสยีน ( เพิ่มเติมไฟล์ 1 ตาราง S1 ) . 23 LOX ยีนถูกระบุในลูกแพร์กับ 36 ในแอปเปิ้ล18 ในเม , 16 ในลูกพีชและ 14 ในสตรอเบอร์รี่ จำนวนโครโมโซมของแอปเปิ้ลและลูกแพร์ 34 เมื่อเทียบกับ 16 ในท้อ และเมย์ และ 14 ในสตรอเบอร์รี่ หมายเลขของปลาแซลมอนรมควันยีนในแอปเปิ้ลและลูกแพร์เป็นเกือบสองเท่าของพีช และเมย์ แอปเปิ้ลและลูกแพร์เป็นสำคัญทางเศรษฐกิจและพืชใน rosacease เป็นของ maloideae ในขณะที่เมย์เป็นของ prunoideae พีช ,ที่ไม่ได้แสดงการขยายตัวของปลาแซลมอนรมควันครอบครัวจีน ต้นไม้ชนิดนี้ชนิดของพีต แซมพราสแสดงซ้ำซ้อนทั้งจีโนมบรรพบุรุษของแอปเปิ้ลและลูกแพร์ ( รูปที่ 1 ) .

โต๊ะ 1 ห้าชนิดโฮโมโลกัสยีน Rosaceae LOX ระบุ
แฟ้มเพิ่มเติม 1 : ตาราง S1 . โครงสร้างและชีวเคมีของปลาแซลมอนรมควันโฮโมโลกัสยีน Rosaceae ข้อมูลใน 5 ชนิด AA : กรดอะมิโน ;ขนาด : น้ำหนักโมเลกุล ; ปี่ : ไอโซอิเล็กทริกจุด ' 0 ' หมายความว่า ยีนไม่มีปลัด / lh2 โดเมนและ ' 1 ' หมายความว่า ยีนมีปลัด / lh2 โดเมน ปลาแซลมอนรมควันโดเมนเดียวกันคือ PBR ยีน - หมายถึงลูกแพร์ , แอปเปิ้ล MDP - ความเสี่ยง - พีช PM - เมและ mRNA - สตรอเบอร์รี่ ปลาแซลมอนรมควันโดเมนเป็น pf00305 ใน pfam ( http://pfam.xfam.org/ webcite ) และโดเมน pf01477 เป็นปลัด ( polycystin-1 ภาคอัลฟาทอกซิน , , ) หรือ lh2 ( ภาค homology )23 ยีนถูกระบุในลูกแพร์ , 36 ในแอปเปิ้ล ; 18 ในเม , 16 ในพีช , และ 14 ในสตรอเบอร์รี่
รูปแบบ : ขนาดเปิดไฟล์ : 17kb ดาวน์โหลด fileopen ข้อมูล
thumbnailfigure 1 ชนิดของ พีต แซมพราส ต้นไม้ 5 ชนิด ดาราแสดงการเกิด wgd เลขในรูปบ่งชี้ชนิดความแตกต่างเวลา หน่วย : เมียะ ( ล้านปีมาแล้ว ) ข้อมูลที่ถูกดาวน์โหลดจาก ncbi ( http://www.ncbi.nlm.nih .14 / webcite ) ต้นไม้ที่พบโดยทั่วไปในส่วนของอนุกรมวิธาน และต้นไม้ที่ถูกสร้างขึ้นโดย mega5 .
ลูกแพร์ LOX ยีนครอบครัวมี 23 สมาชิก ซึ่งมีการกระจายซึ่งในจีโนม . โครโมโซมที่ 7 , 9 และ 10 มี 1 LOX แต่ละยีนในขณะที่โครโมโซม 2 , 5 , 11 และ 16 มี 2 LOX ยีนและ 4 บนนั่งร้าน ที่โดดเด่นที่สุดคือการปรากฏตัวของ 8 ยีน LOX บนโครโมโซม 4ดังนั้นเราสามารถอนุมานได้ว่า โครโมโซม 4 ได้ผ่านการทำซ้ำกลุ่มและปลาแซลมอนรมควันยีนครอบครัวอยู่ในกลุ่ม

นอกจากนี้เรายังสังเกตเห็นว่า pbr020432.1 ( chr4 : 1151461 – 1156749 ) และ pbr020415.1 ( chr4 : 1294295 – 1299591 ) เข้ารหัสโปรตีนของความยาวเดียวกัน ( เพิ่มเติมไฟล์ 1 ตาราง S1 ) , กับ ปี่เดียวกัน ( ไอโซอิเล็กทริกจุด ) และ ( โมเลกุล ) หลังจากการวิเคราะห์เพิ่มเติมเราพบว่าทั้งสองลำดับเหมือนกัน pbr020435.1 ( 1121034 – 1124532 ) และ pbr020412.1 ( 1326550 – 1330048 ) บนโครโมโซม 4 , pbr004005.1 ( 32328 – 35666 ) และ pbr004008.1 ( 60045 – 69535 ) scaffold1189.0 และ pbr004541.1 ( 22844958 – 22851334 ) และ pbr004568.1 ( 23111942 – 23118253 )

chromsome11 ยังเหมือนกันอีกด้วยเรารวมทุก 25 LOX ยีนที่อธิบายไว้ในการวิเคราะห์ของปลาแซลมอนรมควันยีนครอบครัวในแอปเปิ้ล [ 20 ] , มีข้อยกเว้นของ mdp0000312394 ซึ่งไม่ได้ .