MADS 박스

MADS-box

MADS 박스는 보존된 시퀀스 모티브입니다.이 모티브를 포함한 유전자는 MADS 박스 유전자 [1]패밀리라고 불립니다.MADS 박스는 DNA 결합 MADS 도메인을 부호화합니다.MADS 도메인은 CArG-box라 [2]불리는 모티브 CC[A/T]6GG와 높은 유사성의 DNA 배열에 결합한다. MADS 도메인 단백질은 일반적으로 전사 인자이다.[2][3]다양한 연구자에 의해 보고된 MADS 상자의 길이는 다소 다르지만, 일반적인 길이는 168 - 180 염기쌍의 범위이다. 즉, 부호화된 MADS 도메인의 길이는 56 - 60 아미노산이다.[4][5][6][7]MADS 도메인이 현존하는 모든 진핵 [8]생물의 공통 조상에 있는 타입 II 토포이소머라아제 배열에서 진화했다는 증거가 있다.

명칭의 유래와 연구사

최초로 확인된 MADS-box 유전자는 발아 효모인 Saccharomyces cerevisaee의 [9]ARG80이었지만, 당시에는 큰 유전자 패밀리의 일원으로 인식되지 않았다.MADS-box 유전자 패밀리는 나중에 ARG80을 무시하고 4명의 창립 [1]멤버를 지칭하는 약자로 이름을 얻었다.

A. thaliana, A. majus, Zea mays에서 이 모티브는 꽃의 발육과 관련되어 있습니다.이러한 모델에서의 초기 연구는 꽃이 피지 않은 [11]식물에서의 역할뿐만 아니라 일반적인 꽃 구조의 분자 진화에 대한 연구의 시작이었다.

다양성

MADS 박스 유전자는 [8]연구된 거의 모든 진핵생물에서 검출되었다.동물과 곰팡이의 게놈은 보통 1~5개의 MADS 상자 유전자에 불과한 반면 현화식물의 게놈은 100개 안팎의 MADS 상자 [12][13]유전자를 갖고 있다.MADS 도메인 단백질은 SRF 유사 단백질 또는 Type I MADS 도메인 단백질과 MEF2 유사 단백질(MYOCYTE-ENHANCER-Factor2 이후) 또는 Type II MADS 도메인 단백질의 [8][13]두 가지 유형이 구별된다.동물 및 균류의 SRF 유사 MADS 도메인 단백질은 두 번째 보존 도메인인 SAM(SRF, ARG80, MCM1) [14]도메인을 가진다.동물 및 균류의 MEF2 유사 MADS 도메인 단백질은 MEF2 도메인을 두 번째 보존 [14]도메인으로 가진다.식물에서 MEF2 유사 MADS 도메인 단백질은 보존된 도메인 구조를 참조하여 MIKC형 단백질로 불리며, MADS 도메인 뒤에 인터벤션(I), 케라틴 유사(K) 및 C 말단 [12]도메인이 이어진다.식물에서, MADS 도메인 단백질은 사량체를 형성하며,[15][16] 이것은 그들의 기능에 중추적인 것으로 여겨진다.MADS 도메인 단백질 SEPALLATA3의 4분자화 도메인 구조는 4분자[17] 형성을 위한 구조적 기초를 설명하면서 해결되었다.

MADS 박스 유전자를 집중적으로 연구하는 유전학자는 예나 대학의 귄터 테이엔이다.예를 들어, 그와 그의 동료들은 그네탈레스목은 꽃이 피는 [18]식물보다 침엽수와 더 밀접한 관련이 있다는 것을 보여주기 위해 이 유전자를 사용했다.

MADS 박스는 2021년 [19]현재 밀에 대한 연구가 부족하다.

Zea mays에서 돌연변이 Tunicate1은 팟콘을 생산한다.튜니케이트1은 짧은 식물성 위상 유전자군에 속하는 Z.mays MADS19(ZM19)의 돌연변이이다.ZMM19는 전자적으로 발현할 [19]수 있다.

A. 탈리아나에서 ZMM19의 이소적 표현은 비석을 [19]확대하여 보존을 시사한다.

MADS 박스 유전자의 기능

MADS 박스 유전자는 다양한 기능을 가지고 있다.동물에서 MADS 박스 유전자는 근육 발달, 세포 증식 및 [14]분화에 관여한다.곰팡이의 기능은 페로몬 반응에서 아르기닌 [14]대사까지 다양하다.

식물에서, MADS 박스 유전자는 수컷과 암컷 배우체 발달, 배아와 종자 발달, 뿌리, 꽃, 과일 [12][13]발달을 포함한 발육의 모든 주요 측면을 통제하는데 관여한다.

현화식물의 일부 MADS 박스 유전자는 동물의 [1]HOX 유전자와 같은 동종 기능을 가지고 있다.꽃의 호메오틱 MADS 박스 유전자(AGAMLIGH, DISPIENS 등)는 꽃의 [20]발달 ABC 모델에 따라 꽃의 장기 정체성을 결정하는 데 참여합니다.

MADS 박스 유전자의 또 다른 기능은 개화 시간 결정이다.Arabidopsis thaliana에서 MADS 상자 유전자[21] SOC1과 Flinginging Locus[22] C(FLC)는 분자 개화 시간 경로의 통합에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.이 유전자들은 정확한 개화 시기에 필수적이며, 생식 잠재력이 최대가 될 때 수정이 이루어지도록 하는 데 도움을 준다.

MADS 박스 단백질 구조

MADS 박스 단백질 구조는 4개의 도메인으로 구성됩니다.N 말단에는 보존성이 높은 MADS DNA 결합 [23]도메인이 있습니다.MADS 도메인 옆에는 특정 단백질-단백질 [23]상호작용에 관여하는 적당히 보존된 개입(I) 도메인과 케라틴 유사(K) 도메인이 있다.카르복실 말단(C) 도메인은 매우 가변적이며 헤테로디머와 다량체 단백질 [24]복합체의 전사 활성화 및 조립에 관여한다.

레퍼런스

  1. ^ a b c Schwarz-Sommer Z, Huijser P, Nacken W, Saedler H, Sommer H (November 1990). "Genetic Control of Flower Development by Homeotic Genes in Antirrhinum majus". Science. 250 (4983): 931–6. Bibcode:1990Sci...250..931S. doi:10.1126/science.250.4983.931. PMID 17746916. S2CID 15848590.
  2. ^ a b West AG, Shore P, Sharrocks AD (May 1997). "DNA binding by MADS-box transcription factors: a molecular mechanism for differential DNA bending". Molecular and Cellular Biology. 17 (5): 2876–87. doi:10.1128/MCB.17.5.2876. PMC 232140. PMID 9111360.
  3. ^ Svensson M (2000). Evolution of a family of plant genes with regulatory functions in development; studies on Picea abies and Lycopodium annotinum (PDF). Doctoral thesis. Uppsala University, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Biology, Department of Evolutionary Biology. ISBN 978-91-554-4826-4. Retrieved 2007-07-30.
  4. ^ Ma K, Chan JK, Zhu G, Wu Z (May 2005). "Myocyte enhancer factor 2 acetylation by p300 enhances its DNA binding activity, transcriptional activity, and myogenic differentiation". Molecular and Cellular Biology. 25 (9): 3575–82. doi:10.1128/MCB.25.9.3575-3582.2005. PMC 1084296. PMID 15831463.
  5. ^ Lamb RS, Irish VF (May 2003). "Functional divergence within the APETALA3/PISTILLATA floral homeotic gene lineages". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (11): 6558–63. Bibcode:2003PNAS..100.6558L. doi:10.1073/pnas.0631708100. PMC 164485. PMID 12746493.
  6. ^ Nam J, dePamphilis CW, Ma H, Nei M (September 2003). "Antiquity and evolution of the MADS-box gene family controlling flower development in plants". Molecular Biology and Evolution. 20 (9): 1435–47. doi:10.1093/molbev/msg152. PMID 12777513.
  7. ^ Lü S, Du X, Lu W, Chong K, Meng Z (2007). "Two AGAMOUS-like MADS-box genes from Taihangia rupestris (Rosaceae) reveal independent trajectories in the evolution of class C and class D floral homeotic functions". Evolution & Development. 9 (1): 92–104. doi:10.1111/j.1525-142X.2006.00140.x. PMID 17227369. S2CID 9253584.
  8. ^ a b c Gramzow L, Ritz MS, Theissen G (April 2010). "On the origin of MADS-domain transcription factors". Trends in Genetics. 26 (4): 149–53. doi:10.1016/j.tig.2010.01.004. PMID 20219261.
  9. ^ Dubois E, Bercy J, Descamps F, Messenguy F (1987). "Characterization of two new genes essential for vegetative growth in Saccharomyces cerevisiae: nucleotide sequence determination and chromosome mapping". Gene. 55 (2–3): 265–275. doi:10.1016/0378-1119(87)90286-1. PMID 3311883.
  10. ^ Sommer H, Beltrán JP, Huijser P, Pape H, Lönnig WE, Saedler H, Schwarz-Sommer Z (March 1990). "Deficiens, a homeotic gene involved in the control of flower morphogenesis in Antirrhinum majus: the protein shows homology to transcription factors". The EMBO Journal. 9 (3): 605–13. doi:10.1002/j.1460-2075.1990.tb08152.x. PMC 551713. PMID 1968830.
  11. ^ Friedman, William E.; Moore, Richard C.; Purugganan, Michael D. (2004). "The evolution of plant development". American Journal of Botany. Botanical Society of America (Wiley). 91 (10): 1726–1741. doi:10.3732/ajb.91.10.1726. ISSN 0002-9122. PMID 21652320.
  12. ^ a b c Becker A, Theissen G (December 2003). "The major clades of MADS-box genes and their role in the development and evolution of flowering plants". Molecular Phylogenetics and Evolution. 29 (3): 464–89. doi:10.1016/S1055-7903(03)00207-0. PMID 14615187.
  13. ^ a b c Gramzow L, Theissen G (2010). "A hitchhiker's guide to the MADS world of plants". Genome Biology. 11 (6): 214. doi:10.1186/gb-2010-11-6-214. PMC 2911102. PMID 20587009.
  14. ^ a b c d Shore P, Sharrocks AD (April 1995). "The MADS-box family of transcription factors". European Journal of Biochemistry. 229 (1): 1–13. doi:10.1111/j.1432-1033.1995.0001l.x. PMID 7744019.
  15. ^ Theissen G, Saedler H (January 2001). "Plant biology. Floral quartets". Nature. 409 (6819): 469–71. Bibcode:2001Natur.409..469T. doi:10.1038/35054172. PMID 11206529. S2CID 5325496.
  16. ^ Smaczniak C, Immink RG, Muiño JM, Blanvillain R, Busscher M, Busscher-Lange J, Dinh QD, Liu S, Westphal AH, Boeren S, Parcy F, Xu L, Carles CC, Angenent GC, Kaufmann K (January 2012). "Characterization of MADS-domain transcription factor complexes in Arabidopsis flower development". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (5): 1560–5. Bibcode:2012PNAS..109.1560S. doi:10.1073/pnas.1112871109. PMC 3277181. PMID 22238427.
  17. ^ Puranik S, Acajjaoui S, Conn S, Costa L, Conn V, Vial A, Marcellin R, Melzer R, Brown E, Hart D, Theißen G, Silva CS, Parcy F, Dumas R, Nanao M, Zubieta C (September 2014). "Structural basis for the oligomerization of the MADS domain transcription factor SEPALLATA3 in Arabidopsis". The Plant Cell. 26 (9): 3603–15. doi:10.1105/tpc.114.127910. PMC 4213154. PMID 25228343.
  18. ^ Winter KU, Becker A, Münster T, Kim JT, Saedler H, Theissen G (June 1999). "MADS-box genes reveal that gnetophytes are more closely related to conifers than to flowering plants". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (13): 7342–7. Bibcode:1999PNAS...96.7342W. doi:10.1073/pnas.96.13.7342. PMC 22087. PMID 10377416.
  19. ^ a b c Adamski, Nikolai M; Simmonds, James (ORCID); Brinton, Jemima F (ORCID); Backhaus, Anna E (ORCID); Chen, Yi (ORCID); Smedley, Mark (ORCID); Hayta, Sadiye (ORCID); Florio, Tobin (ORCID); Crane, Pamela (ORCID); Scott, Peter (ORCID); Pieri, Alice (ORCID); Hall, Olyvia (ORCID); Barclay, J Elaine; Clayton, Myles (ORCID); Doonan, John H (ORCID); Nibau, Candida (ORCID); Uauy, Cristobal (ORCID) (2021-05-01). "Ectopic expression of Triticum polonicum VRT-A2 underlies elongated glumes and grains in hexaploid wheat in a dosage-dependent manner". The Plant Cell. American Society of Plant Biologists (OUP). 33 (7): 2296–2319. doi:10.1093/plcell/koab119. ISSN 1532-298X. PMC 8364232. PMID 34009390. {{cite journal}}:외부 링크 first10=, first11=, first12=, first14=, first15=, first16=, first17=, first2=, first3=, first4=, first5=, first6=, first7=, first8=, and first9=(도움말)
  20. ^ Coen ES, Meyerowitz EM (September 1991). "The war of the whorls: genetic interactions controlling flower development". Nature. 353 (6339): 31–7. Bibcode:1991Natur.353...31C. doi:10.1038/353031a0. PMID 1715520. S2CID 4276098.
  21. ^ Onouchi H, Igeño MI, Périlleux C, Graves K, Coupland G (June 2000). "Mutagenesis of plants overexpressing CONSTANS demonstrates novel interactions among Arabidopsis flowering-time genes". The Plant Cell. 12 (6): 885–900. doi:10.1105/tpc.12.6.885. PMC 149091. PMID 10852935.
  22. ^ Michaels SD, Amasino RM (May 1999). "FLOWERING LOCUS C encodes a novel MADS domain protein that acts as a repressor of flowering". The Plant Cell. 11 (5): 949–56. doi:10.1105/tpc.11.5.949. PMC 144226. PMID 10330478.
  23. ^ a b Jack, Thomas (2004). "Molecular and genetic mechanisms of floral control". The Plant Cell. 16 Suppl: S1–S17. doi:10.1105/tpc.017038. ISSN 1040-4651. PMC 2643400. PMID 15020744.
  24. ^ Riechmann, Jose Luis; Meyerowitz, Elliot M. (1997). "MADS Domain Proteins in Plant Development". Biological Chemistry. 378 (10): 1079–1101. ISSN 1431-6730. PMID 9372178.

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