葡萄SBP基因家族生物信息学分析

SBP(squamosa promoter binding protein,SBP)基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,广泛参与植物生长、发育以及多种生理生化反应的信号传导。葡萄是继拟南芥、水稻和杨树之后完成全基因组测序的第四种开花植物,因此葡萄逐渐成为分子生物学研究的重点对象,进行葡萄基因组信息挖掘与分析对于葡萄功能基因组学的发展具有重要意义。本文利用生物信息学方法对葡萄家族45条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示这45条蛋白序列与拟南芥16个SBP基因蛋白序列一起分成了3个亚族,说明拟南芥与葡萄SBP基因间具有较高的保守性;进一步的基因组定位结果发现其分布在14条染色体上,较拟南芥在染色体上的分布更为分散。研究还发现不同亚家族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而二级结构预测结果发现,41条氨基酸序列以随机卷曲为主要组成部分,这与拟南芥相似,且45条氨基酸序列三维结构十分相似。本文实验结果均为葡萄SBP基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。     

WRKY转录因子的基因组水平研究现状

WRKY转录因子家族是植物中广泛存在、目前发现最大的转录因子家族之一;参与很多信号转导网络,调控多种植物发育和防御等进程。随着植物全基因组测序技术的兴起,全基因组鉴定和分析WRKY基因家族变得可能。2003-2006年,此类研究主要集中在模式生物拟南芥和水稻中。随着其他植物基因组测序的完成和公布,全基因组鉴定和分析WRKY基因家族的研究报道日益增多,这些研究不仅分析了各个植物WRKY家族的系统进化,而且用实时定量PCR、微阵列芯片、转录组RNA测序等新技术大规模研究了它们涉及到的生物学功能。主要综述了全基因组鉴定和分析WRKY基因家族的研究进展。     

毛竹SBP转录因子基因的全基因组鉴定和表达分析

SBP是一类植物特有的转录因子,在调节花发育、信号转导和抗逆反应中均具有重要作用。为研究毛竹(Phyllostachys edulis)中SBP的分子特征和表达模式,开展了全基因组序列分析。结果表明,毛竹含有32个基因编码SBP转录因子,依次命名为PeSBP1~PeSBP32,各基因的结构差异明显,外显子数量2~11个不等,其中15个SBP基因具有mi R156的结合位点。蛋白结构分析显示,PeSBPs具有2个典型的保守锌指结构域结合位点,且具有核定位信号。系统进化分析表明,32个PeSBPs隶属于8个亚类,且与水稻的亲缘关系最近。表达模式分析表明,32个PeSBPs在叶、鞭、根、20 cm笋、50 cm笋、早花期花序和晚花期花序等7个组织中的表达差异明显,呈现出不同的表达模式。本研究为深入研究毛竹SBP转录因子家族的功能提供了参考依据。     

苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。     

水稻Trihelix转录因子家族全基因组分析及功能预测

Trihelix转录因子家族在植物生长发育以及响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用,但目前基于水稻全基因组水平鉴定和分析该基因家族的研究尚未见相关报道。本文利用生物信息学方法在水稻基因组数据库中鉴定到Trihelix家族成员31个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族(Ⅰ~Ⅴ)。通过与拟南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix家族的聚类分析发现,这4个物种中Trihelix家族的分类相一致,但每个物种均含有不同亚家族的成员,表明该基因家族的分化早于物种的分化。基于MEME程序分析水稻Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析结果具有较高的一致性。染色体区段复制分析表明,部分Trihelix家族成员在水稻以及水稻与其他物种之间存在种内和种间的染色体区段复制;生物芯片数据分析发现,Trihelix基因家族在水稻不同组织中、以及对6种不同植物激素的响应呈现多样化的表达谱。采用RiceFREND在线数据库分析发现,水稻Trihelix转录因子家族的20个成员与其他蛋白存在互作关系。本研究结果初步明确了水稻Trihelix转录因子家族的进化特点、染色体分布、染色体区段复制关系、组织表达、激素应答,以及该家族蛋白与其他蛋白质的互作情况,为进一步揭示Trihelix转录因子家族的分子进化规律和生物学功能奠定了基础。     

基于转录特征的水稻WRKY转录因子功能注释

转录水平的变化是转录因子功能发挥的重要体现形式,高通量测序技术的发展和应用揭示了丰富的转录数据,对转录数据的深度分析有助于基因的注释和功能研究。本文以水稻WRKY转录因子家族为对象,在总结WRKY基因功能的基础上,对生物和非生物胁迫、发育、营养和激素处理等不同生物学过程中的转录数据进行了系统的整理和挖掘,获得了不同反应中转录变化的特定WRKY基因清单,丰富了水稻WRKY转录因子家族成员的注释信息,以期这些信息为后续的功能研究提供有价值的参考。     

TFIID在配子发生和早期胚胎发育过程中的作用

配子发生以及胚胎早期发育过程受严格且有序的基因表达调控。多种转录因子与靶基因结合,激活基因的时空特异性表达,实现受精卵全能性的获得,完成母型基因组转录调控向合子基因组转录调控的转变以及随后胚胎细胞的分化调节。研究表明,TFIID转录因子家族在这些关键阶段起重要作用,在基因转录调节的起始阶段,TFIID转录因子家族成员作为通用转录因子被招募到靶基因的启动子上,与其他转录因子共同形成转录前起始复合物,起始转录。该文总结了TFIID转录因子的结构、作用方式,以及在配子发生和早期胚胎发育中的调控作用。     

玉米MYC基因家族的结构特点和表达模式分析

MYC属于bHLH转录因子家族中的一个亚族.本研究利用生物信息学的方法在玉米(Zea mays)基因组上共鉴定到8个玉米MYC转录因子,并对其理化性质、结构特点、保守结构域、系统进化和组织表达等进行分析.结果表明,玉米MYC理化性质差异较大,每个MYC蛋白均由位于N端的bHLH_MYC_N结构域,位于C端的bHLH结构域和一个亮氨酸拉链结构组成.基因结构分析显示,有4个ZmMYC基因只有1个外显子,其他4个ZmMYC基因包含有2～6个不等的内含子.多序列比对表明玉米MYC转录因子和小麦、水稻的MYC转录因子在保守结构域上具有较高的保守性.顺式作用元件显示在玉米ZmMYC基因的启动子区域存在和生长发育、胁迫应答相关的元件.组织表达模式分析表明玉米MYC基因具有组织表达特异性.本研究为进一步研究玉米MYC转录因子家族的生物学功能提供了科学依据.     

受逆境诱导的水稻Rim2/Hipa假基因转录本选择性加尾和剪接

我们以往的研究证明水稻受病原菌诱导的Rim2/Hipa因子是水稻基因组所特有的DNA转座子超级家族.本实验通过对病原菌诱导的cDNA文库的筛选和对EST数据库的搜索,发现在众多的Rim2拷贝中,只有Rim2-42因子被表达,其为一个TNP2类转座酶的假基因,其编码区为终止子所打断.序列分析结果表明Rim2转录本被选择性剪接和加尾,而且在两个水稻亚种中的剪接方式有差异,共形成7种不同转录本结构,包括一个未知功能的Rim2-XET嵌合转录本,该嵌合转录本为转录通读(read-through)所形成,而XET基因是可以被逆境所诱导的.这些结果说明Rim2因子家族可能已失去转座的活性.结果也初步表明Rim2-42因子插入到了一个XET基因启动子的下游,该启动子带动了Rim2因子的诱导表达.     

番茄WOX转录因子家族的鉴定及其进化、表达分析

WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)是一类植物特异的转录因子家族,具有调控植物干细胞分裂分化动态平衡等重要功能。本研究利用番茄(Solanum lycopersicum)基因组数据,通过建立隐马尔科夫模型并进行检索,鉴定了番茄10个WOX转录因子家族成员。多序列比对发现,番茄WOX转录因子家族成员具有高度保守的同源异型结构域;以拟南芥WOX转录因子家族成员序列为参照,通过邻接法、极大似然法、贝叶斯法重建了系统发育树,三者呈现出类似的拓扑结构,番茄和拟南芥WOX转录因子家族共25个成员被分为3个进化支(Clade)和9个亚家族(Subgroup);利用MEME和GSDS对WOX转录因子家族成员的蛋白保守结构域和基因结构进行了分析,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性;利用Perl和Orthomcl对家族成员的染色体定位和同源性关系进行分析,结果表明串联重复的SlWOX3a和SlWOX3b可能来源于一次复制事件;利用番茄转录组数据和qRT-PCR进行表达分析,结果显示家族成员在不同组织中的表达存在差异,暗示了WOX家族的不同成员在功能上可能具有多样性。本研究对番茄WOX转录因子家族成员进行GO(Gene Ontology)注释和比较分析,结果表明该家族成员作为转录因子,可能在组织器官发育、细胞间通讯等过程中发挥作用。     

高粱SBP-box基因家族全基因组鉴定及表达分析

SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN box (SBP-box)基因家族编码一类绿色植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。本研究通过生物信息学方法从高粱(Sorghum bicolor L.)全基因组中鉴定出18个SBP-box基因,分布于9条染色体上,其中8个基因位于基因组重复区域。系统发育分析表明高粱SBP-box基因家族可分为6个亚家族,其中SbSBP12、SbSBP3和SbSBP15分别与玉米ZmLG1、ZmTGA1和ZmUB2/3直系同源。基于RNA-seq数据的表达分析发现高粱SBP-box基因在花序原基中表达量最高,SbSBP9和SbSBP17为花序原基特异表达基因,SbSBP5、SbSBP8和SbSBP18等基因受外源ABA和PEG胁迫上调表达,表明SBP-box基因可能参与高粱对非生物逆境的响应。本研究为高粱SBP-box家族重要基因的克隆提供了参考,相关基因可作为高粱遗传改良的候选基因。     

植物特有的SBP-box基因家族的研究进展

SBP-box基因家族是植物特有的一个基因家族,广泛存在于绿色植物中,其编码的蛋白被认为是一种转录因子,该转录因子含有一个非常保守的SBP区,这个区域包括一个新的锌指结构和一个核定位信号。研究表明SBP转录因子参与了花的形成及其后期发育,叶的形态建成和环境信号应答等多个生物学过程,在植物的生长和发育中起着重要作用。近年来,已从多种植物中分离出SBP-box基因,对于该基因家族结构和功能的研究已成为国内外的研究热点。该文从SBP-box基因家族的发现、结构、系统进化、生物学功能及其调控等方面的研究现状进行综述,并对该基因家族的研究前景提出展望。