台灣原生杜鵑細胞質第一型sHSP適應性演化

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Title:	台灣原生杜鵑細胞質第一型sHSP適應性演化
Authors:	藍偉傑
Contributors:	生物科技研究所
Keywords:	杜鵑花科適應演化細胞質第一型低分子量熱休克蛋白台灣原生杜鵑
Date:	2006
Issue Date:	2014-08-26 13:51:08 (UTC+8)
Abstract:	台灣原生杜鵑為杜鵑花科，杜鵑花屬植物，屬常綠灌木或小喬木，廣泛分布於台灣全島，其棲息地的海拔上限可達3900公尺。在高海拔的環境下植物常需面臨許多比低海拔環境更強的逆境，包含低溫、低氧分壓與高輻射等。當植物面臨逆境便會誘導出Heat shock protein ( HSP )以保護可能受逆境破壞或是已受逆境破壞的蛋白質。Small heat shock protein ( sHSP )為HSP的一類，其分子量由12 – 42 KDa。在植物界具有多種sHSP基因家族，而此現象僅能在植物中發現。此外，許多對sHSP的研究發現，除了熱逆境下會誘導sHSP的表現外，在胚發育、萌芽、胚胎形成、花粉發育、果實成熟、滲透性的逆境、受ABA作用、氧化逆境、低溫與重金屬逆境等狀況下，都會誘導各種不同sHSP基因家族的表現。可以說是植物為抵抗逆境而演化出的獨特機制。適應演化即受天擇而使有利於生物生存的突變固定下來，而在此天擇作用下的選汰壓力，便稱為正向選汰( positive selection )壓力。偵測選汰壓力的指標則採用比較非同義取代( dN )及同義取代( dS )的比值ω，若ω大於1則表示受到正向選汰作用，對生物生存有利的突變被固定下來；若ω小於1則表示受淨化天擇作用( purifying selection )有害的突變將會被篩選掉；若ω等於1時，則表示所發生的突變不足以影響蛋白質功能。本研究中以Codon-base Maximum Likelihood方法，偵測密碼子的取代及所受到的演化壓力，並尋找台灣原生杜鵑經歷適應演化的證據。在本研究中，發現台灣原生杜鵑細胞質第一型sHSP ( CI sHSP )的序列分為兩大類型，表示基因曾經經歷過duplication，而產生兩套不同的CI sHSP。在兩類型CI sHSP的胺基酸序列比較中，發現Type I較Type II保守，而Type II胺基酸序列內有較多的序列內重複，這表示Type II序列可能是基因duplication事件後正在快速發展中的一類型。在codon取代模式的偵測後，可以發現9個胺基酸位置的非同義取代受正向選汰作用影響。其中，有胺基酸取代位置位於有關sHSP寡聚合體聚合及二聚體聚合的關鍵位置，而取代後胺基酸間鍵結疏水性可能發生變化，這些變化有可能使台灣原生杜鵑CI sHSP的功能增強。本研究中，偵測到台灣原生杜鵑CI sHSP有某些胺基酸位點的取代受正向選汰作用，而這些胺基酸的取代很可能影響CI sHSP的功能，使台灣原生杜鵑更能適應高海拔的環境。
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