[发明专利]一种植物成对NLR抗性基因数据库的构建方法及其多物种成对NLR基因数据库

说明书

本发明公开了一种植物成对NLR抗性基因数据库的构建方法及其多物种成对NLR基因数据库。所述方法包括从JGI或Ensembl收集目的物种的基因组数据；通过Hmmscan和NLR‑parser工具鉴定NLR基因；结合基因注释信息筛选成簇NLR基因；通过Hmmscan和Blast工具分析NLR基因的特殊结构域；基于成对NLR基因的演化特征，通过Blast、Clustalw2、MEGA7.0等工具多轮检索目的物种的成对NLR基因；以成对NLR基因对应的特征值作为数据项标识建立成对NLR基因数据库。利用本发明提供的方法，可以对不同植物物种中的成对NLR抗性基因进行全基因组范围的检索和分析，为研究和改进作物的抗性育种提供了分子证据。

技术领域

本发明涉及一种基因序列数据处理方法，具体涉及植物成对NLR基因数据库的构建方法和多物种成对NLR基因数据库。

背景技术

植物是地球生态的重要成员，也是人类生活中不可或缺的重要组成部分。人类的衣、食、住、行往往都离不开植物直接或间接的参与，但植物的生长发育过程并不是一帆风顺的，往往伴随着各种生物胁迫的发生，其中绝大部分的生物胁迫源自于微生物的侵染，它们往往会损害植物生长繁殖，严重时更有可能造成植物的大量减产。

目前应对病菌侵害的防治措施仍然是以施用农药为主，但农药的使用会对生态造成很大的伤害，一些农药含有持久性有机污染物，这些污染物难以降解，会在土壤中保留数十年，对土壤的质量和生物多样性产生不利影响(Jacobsen and2014)。而农药的残留以及其通过食物链的进一步浓缩则会危害到我们人体的生命健康，尤其是儿童、孕妇和老人等高危人群(Kim et al.,2017)。一些关于农药对人体健康的影响研究表明，农药可能与多种疾病有关，包括癌症、白血病和哮喘等等。因此，为了能够有效的、可持续发展的进行病菌防治，我们必须综合使用多种防治手段，而利用植物自身的抗性控制病害是已知最经济有效且安全的途径之一，植物抗病的分子机制研究、抗病基因的鉴定、克隆和转基因因此成为植物学领域的研究重点。

植物利用自身抗性抵御病原菌的方式有两种(Jones and Dangl,2006)，首先在病原菌侵染时启动病原菌相关分子模式介导免疫(PAMP-triggered immunity，PTI)，这一过程涉及对微生物共有的保守特征(Pathogen-associated molecular pattern，PAMPs)的识别。一旦病原菌无法得到PTI的有效抑制，效应因子介导的免疫反应(Effector-triggeredimmunity，ETI)就会被激发。ETI过程需要植物抗病基因(Resistance gene)参与，R基因与病原菌AVR效应因子结合后会诱发感染部位产生超敏性细胞死亡(Hypersensitive celldeath)，造成组织坏死以避免病原菌进一步侵染。

NBS-LRR基因(又称NLR基因)是植物抗病基因中数量最多分布最广的抗病基因群，一直是植物抗病研究中的关键基因。大部分NLR蛋白都是典型的模块化多结构域蛋白，其核心元件为中央的核苷酸结合位点(Nucleotide binding site，NBS)以及C端的富亮氨酸重复区(Leucine-rich repeat，LRR)，NBS结构域是NLR蛋白受体活性的开关，通过构象变化控制信号传导(Moffett et al.,n.d.)，而LRR结构域则通常在直接识别病原体效应因子的过程中参与特异性识别(Jia et al.,2000)。除此之外NLR蛋白还包含一个N端的可变结构域，根据该可变结构域的不同又可以将NB-LRR基因分为两大类：TNL(TIR-NBS-LRR)，在N端具有TIR(Tolland inter leukin-1receptor)结构域；CNL(CC-NBS-LRR)，在N端具有一个卷曲螺旋结构(Coiled-Coil，CC)。然而这些NLR基因却具有如下这些演化特征：其在全基因组分布并不均匀，以集中分布为主，大多成簇分布，同一簇中以串联重复为主；同一NBS-LRR基因在不同物种间甚至是同一物种的不同品系之间都存在着很大的核苷酸差异；植物的不同品系间，NLR基因的复制和丢失十分频繁。以上这些特征为植物抗病基因的克隆、分析以及应用均制造了较大的阻碍。