梨萜类合成酶基因家族生物信息学与表达模式分析

萜类合成酶(Terpene synthases,TPS)是萜类化合物合成过程中的关键酶。基于梨(Pyrus bretschneideri)全基因组数据库,采用生物信息学和分子生物学方法,对梨TPS基因家族进行鉴定和亚家族分类,研究梨TPS基因的结构及编码蛋白质性质和表达模式。共鉴定获得33个萜类合成酶基因家族成员,聚类为5个亚家族,其中,TPS-a亚家族成员数量最多,包含4-7个外显子;主要定位于细胞质,少数分布在线粒体、叶绿体和内质网等;梨TPS蛋白均为亲水性蛋白,α-螺旋和无规卷曲是其二级结构主要组成元件,β-折叠和延伸链散布其中;TPS-a中保守基序个数相对较多,TPS-e/f相对较少;各亚族内蛋白质在三级结构上高度相似。除PbrTPS24外,其余9个TPS基因在根、茎、幼叶和幼芽中均有表达,并且不同的基因在不同部位高表达,PbrTPS存在组织特异性表达。     

中粒咖啡萜类合成酶基因家族的生物信息学分析

萜类化合物具有重要的生理、生态作用和药用价值,萜类合成酶(TPS)是合成萜类化合物的关键酶。通过整合中粒咖啡(Coffee canephora)的基因组和转录组数据,利用生物信息学方法,鉴定出43个萜类合成酶全长基因,并对这些基因的分子进化、结构、复制、表达及功能分化的机理进行了探究。结果表明,中粒咖啡萜类合成酶基因可以分为5个亚家族(a、b、c、e/f、g),不同亚家族的基因结构差异很大;串联复制是基因家族扩增的主要原因;表达分析结果表明,萜类合成酶基因在不同组织中的表达差异明显;中粒咖啡萜类合成酶基因启动子区的顺式调控元件可能与基因的功能分化相关;不同亚家族之间的功能差异主要由亚家族特异的氨基酸决定。     

大豆β-1,3-葡聚糖酶(GmBG1)及其同源蛋白的生物信息学分析

β-1,3-葡聚糖酶是普遍存在于多种生物中的一类多基因家族蛋白,属于PR-2家族蛋白,与植物的生长发育及防御体系有关。克隆和鉴定大豆β-1,3-葡聚糖酶家族基因对大豆抗逆育种具有重要意义。本研究应用生物信息学的方法共筛选获得45个β-1,3-葡聚糖酶基因。结果表明,GmBG1具有典型的β-1,3-葡聚糖酶家族的保守结构域及氨基酸位点,含有347个氨基酸,pI值为8.71,二级结构以ɑ螺旋为主,且N端信号肽为α螺旋结构,属于碱性蛋白。大豆β-1,3-葡聚糖酶家族基因主要在根和花中表达;实时荧光定量PCR分析表明,在腐霉菌P.ultimum的侵染下GmBG1基因在不同的抗病品种中的表达量存在差异;GmBG1基因在抗病品种中24 h时表达水平最高,而感病品种的该表达量无明显变化;此外抗病品种的该表达量明显高于感病品种。     

棘孢木霉糖苷水解酶3基因家族的生物信息学及表达模式分析

【背景】糖苷水解酶(glycoside hydrolase, GH) 3基因家族成员主要编码胞外β-葡萄糖苷酶,是纤维素降解中的关键酶。【目的】鉴定棘孢木霉GH3基因家族成员,探究其在纤维素降解过程中转录水平的表达模式。【方法】通过生物信息学方法对棘孢木霉GH3基因家族成员进行鉴定,对其基因结构、系统进化、蛋白理化性质、亚细胞定位及蛋白质三级结构进行分析,并采用荧光定量PCR技术对纤维素诱导下转录水平的表达模式进行综合分析。【结果】棘孢木霉基因组共鉴定到16个GH3基因家族成员,含有1-8个外显子,编码蛋白质长度为533-934个氨基酸,分子量为57.82-101.91 kDa,大多数为胞外蛋白。系统发育表明,该基因家族成员可分为4组,与里氏木霉的相似性较高。基因表达模式分析表明,纤维素诱导下,16个GH3基因均有表达,但不同成员在转录水平的表达存在差异。其中,1个基因呈组成型表达,2个基因表达下调,13个基因表达上调。棘孢木霉的胞外β-葡萄糖苷酶活力在纤维素诱导下明显提升,与GH3基因家族成员在转录水平的整体表达模式相一致。【结论】棘孢木霉基因组共包含16个GH3基因家族成员,而且多...     

棉花YABBY基因家族的全基因组分析

YABBY基因家族属于锌指蛋白超家族(Zinc finger super-family)的亚家族,在调控植物叶和花器官发育过程中起着重要的作用。从陆地棉标准系TM-1(Gossypium hirsutum L.acc.TM-1)基因组中鉴定到23个YABBY基因家族成员,具有不同的亚细胞定位;这些基因分布在16条染色体和1条Scaffold上,且有9对共线性基因;棉花的YABBY基因家族分为4个亚组,每个亚组都有与拟南芥同源的基因,且每个亚组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析表明,TM-1全基因组中的23个YABBY基因家族成员具有较为广泛的组织表达类型。所有YABBY基因家族成员在花、蕾和茎端分生组织中表达。     

小麦MBD基因家族的鉴定和特征分析

MBD蛋白是一类与甲基化DNA结合的反式作用因子,在植物生长发育调控过程中发挥重要功能。该研究以‘中国春’小麦为材料,利用生物信息学方法分析了小麦基因组中MBD基因家族成员的组成、序列特征、染色体定位和表达模式,利用qRT-PCR技术分析TaMBD6和TaMBD9基因的时空表达模式。结果显示:(1)小麦MBD基因家族包含16个成员(44个基因位点)分布于第1、2、5、6和7号染色体群;聚类分析表明,小麦MBD蛋白分别属于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ和Ⅷ亚类,其中第Ⅱ、Ⅲ和Ⅷ亚类的MBD蛋白含有5个识别甲基化DNA的保守位点;基因结构分析显示,小麦MBD基因家族成员的内含子数目在1～10之间,启动子区域普遍存在光响应和激素应答元件,且基因组结构特征在同一亚类内高度相似。(2)RNA-Seq数据的基因表达谱分析显示,小麦MBD基因家族多数成员在穗和籽粒发育早期均有较高的表达水平,而且部分成员对干旱和热胁迫有明显响应。(3)qRT-PCR分析显示,TaMBD6和TaMBD9的3个部分同源基因在不同组织间差异表达,但均在幼穗中表达量最高。结果表明,小麦MBD基因可能在小麦发育及非生物胁迫响应过程中发挥调控功能,为进一步探讨小麦MBD基因的功能奠定了基础。     

铁皮石斛14-3-3基因家族鉴定及表达分析

【目的】14-3-3蛋白,亦称通用调节因子（GRF）,由多基因家族编码,在植物生长发育和逆境应答发挥关键的作用。鉴定铁皮石斛（Dendrobium officinale）GRF基因家族,为铁皮石斛GRF基因功能研究及遗传改良提供理论依据。【方法】通过生物信息学的方法鉴定铁皮石斛14-3-3家族成员,分析其理化性质、染色体定位、系统进化发育、基因结构和启动子顺式作用元件等,同时通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量。【结果】铁皮石斛有17个GRF家族成员,分为ε类和非ε类亚族,不均匀地分布在7条染色体上,且存在7对串联复制基因。同一亚族成员基因结构、保守基序和蛋白质二级结构相类似。DoGRF家族基因的启动子区域存在大量激素和环境胁迫应答相关的调控元件。DoGRF家族基因在铁皮石斛各组织中均有表达,具有组织表达特异性,大多数基因在花器官中表达最高,其次是茎和根。同时,在低温处理、盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoGRF2在铁皮石斛逆境应答过程中起着关键的作用。【结论】在全基因组水平从铁皮石斛中鉴定出17个DoGRF家族成员,...     

黑色素瘤抗原编码基因家族新成员MAGE-D1的组织表达谱研究

MAGE D1是黑色素瘤抗原编码基因家族 (MAGE)中MAGE D亚家族的新成员 .为了研究该基因的性质及其可能功能 ,采用Northernblot和Dotblot杂交技术研究了其组织表达谱 .结果发现 ,该基因在多种肿瘤组织和正常组织中均广泛表达 .在所检测的 4 8种肿瘤组织中 ,经与对应正常组织进行比较发现 ,该基因在 13种肿瘤组织中的表达显著增高 ,而在 7种肿瘤组织中的表达则显著降低 .进一步分析提示该基因在多种胚胎组织中的表达高于成年组织 .由于MAGE A、 B、 C亚家族均具有在肿瘤组织 睾丸中特异表达的特点 ,而作为MAGE D亚家族成员的MAGE D1并非在肿瘤组织中特异表达 ,提示需要对MAGE基因家族进行深入的功能研究 .     

雷蒙德氏棉HSP70基因家族的进化分析及其同源基因在陆地棉中的表达分析

热激蛋白70家族(HSP70)是一类在植物中高度保守的分子伴侣蛋白,在细胞中协助蛋白质正确折叠。文章利用隐马可链夫模型(HMM)在雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii L.)全基因组范围内进行HSP70基因家族成员进化分析,共得到30个HSP70家族成员。利用生物信息学对雷蒙德氏棉HSP70基因的结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析,结果表明,HSP70基因家族根据亚细胞定位结果可分为不同的基因亚家族,各亚家族中HSP70基因具有相对保守的基因结构;染色体片段重复和串联重复是雷蒙德氏棉HSP70基因家族扩增的主要方式。通过对不同物种的HSP70基因家族进行系统进化分析可知,HSP70亚组的分化发生在单细胞植物形成前,且细胞质型HSP70成员大量扩增。比较陆地棉棉纤维发育不同时期的深度测序表达谱,发现HSP70基因可能参与棉纤维的生长发育。本研究结果有助于了解棉属植物HSP70基因家族的功能,以期为深入研究棉纤维发育过程中的分子调控机理提供基础。     

番茄多胺氧化酶(PAO)基因家族鉴定及表达分析

该研究通过生物信息学手段,从番茄基因组中鉴定出11个编码多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)的家族基因(命名为SlPAO1~11),分为3个亚家族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ);基因结构分析、蛋白质二级结构预测、亚细胞定位预测结果均显示,SlPAOs基因家族具有明显的亚家族分类特征。序列和进化分析结果显示,亚家族Ⅰ和Ⅱ中的SlPAO1~8属于典型的PAO基因,而亚家族Ⅲ中的SlPAO9~11编码蛋白还含有特异性的SWIRM结构域,SlPAO9~11属于组蛋白赖氨酸特异性脱甲基化酶,而非真正的PAO。选取上述鉴定的8个典型SlPAO基因(SlPAO1-8),采用qRT-PCR技术对SlPAO1-8基因在不同组织中(干燥种子,新鲜的真叶、子叶、茎、根)的相对表达分析显示,SlPAO1-8在不同组织中的表达水平差异显著,推测SlPAOs基因家族的组织表达多样性与功能多样性之间可能具有一定的相关性。     

芥菜WOX基因家族的全基因组鉴定与分析

WUSCHEL相关-同源盒(WUSCHEL related-homeobox, WOX)基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程中发挥重要作用。本研究利用芥菜(Brassica juncea)基因组数据,通过HUMMER、Smart等软件进行检索筛选,共鉴定出51个WOX基因家族成员。利用Expasy在线软件对这些家族成员的蛋白质分子量、氨基酸序列长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对芥菜WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将芥菜WOX基因家族分为古老支、中间支和WUS支/现代支3个亚家族。结构分析表明,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,而不同亚家族之间呈现一定的多样性。51个WOX基因不均匀分布于芥菜18条染色体上,这些基因的启动子大多含有响应光、激素和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。利用转录组数据和实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qRT-PCR)分析发现,芥菜WOX基因的表达具有时空特异性,其中B...     

枳LEA基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应

为明确LEA基因在枳非生物胁迫中的作用,研究通过生物信息学方法对枳LEA基因家族进行全基因组的鉴定,并采用qRT-PCR技术分析其在不同非生物胁迫下的表达情况。结果表明:(1)枳基因组中鉴定得到57个LEA基因家族成员,编码蛋白的氨基酸长度在62~945 aa之间,分子质量在6.95~104.98 kD之间。(2)系统进化分析表明,PtrLEA基因可分为8个亚家族,LEA_1~LEA_6、dehydrin和SMP,LEA_2亚族家族成员最多。(3)顺式作用元件分析表明,PtrLEA启动子上存在大量的植物激素、胁迫响应以及生长发育有关的响应元件。(4)转录组数据分析结果显示,LEA基因家族具有组织表达特异性,PtrLEA 15、PtrLEA 17、PtrLEA 23、PtrLEA 51在所有组织中均有高表达,也发现有3个基因在所有组织中不表达。(5)实时荧光定量PCR结果显示:PtrLEA基因在低温、干旱和高盐胁迫处理条件下,与对照相比分别有6、2和6个基因上调表达,推测该基因家族参与多种非生物胁迫应答。     

烟草C2H2锌指蛋白转录因子家族成员的鉴定与表达分析

C2H2锌指蛋白转录因子家族在真核生物中具有重要的生物学功能,广泛参与植物叶的发生、花器官的调控、侧枝的形成及逆境胁迫等生命过程。植物C2H2锌指蛋白不仅结合DNA和RNA,而且与蛋白质之间相互作用。本研究利用普通烟草(Nicotiana tabacum)基因组数据库,运用Blastp比对,结合Pfam和SMART分析,鉴定了118条普通烟草C2H2锌指蛋白家族成员;对烟草C2H2锌指蛋白家族进行了进化树分析、结构域分析、物理化学性质分析、染色体定位、基因结构分析、三维结构分析及组织表达分析等。结果表明：不同成员的氨基酸长度差异较大;系统进化及结构域分析显示,所有C2H2家族成员可以被分为5个亚家族,同一亚家族成员之间在结构域和理化性质上呈现较高一致性;每个成员都含有C2H2结构域,在数量上存在较大差异;将所有基因家族成员定位在22条染色体上;组织表达分析表明,每个C2H2亚家族都有成员在不同组织中表达,在叶及根中有些基因的表达量较高。     

陆地棉MGDG基因家族低磷胁迫下的表达分析

单半乳糖甘油二酯(monogalactosyl diacylglycerol, MGDG)是植物光合膜的重要组成成分,在植物抵御不利环境过程中具有调控作用。研究利用生物信息学方法对陆地棉MGDG基因家族(GhMGDs)进行了全基因组鉴定,并验证其在低磷胁迫下的表达规律,为明确MGDG基因在陆地棉低磷胁迫中的作用奠定基础。结果表明:(1)该基因家族在陆地棉中有17个成员,氨基酸残基在435~888 aa之间,理论等电点在6.00~9.67,均含有6~8个内含子。(2)系统进化分析表明,该基因家族可分为A型和B型MGDG合成酶,各亚族内各成员基因结构和保守基序的数量和分布基本一致。(3)17个MGDG基因在7条染色体上呈现不均匀分布,二级结构均显示该家族主要由α-螺旋和无规则卷曲所组成。(4)qRT-PCR分析结果显示,MGDG基因在陆地棉4个不同组织中表达量有差异,其中GhMGD2、GhMGD12和GhMGD16在根的表达量最高,GhMGD7、GhMGD9和GhMGD10在叶的表达量较高。陆地棉MGDG家族GhMGD2、GhMGD7、GhMGD9、GhMGD10、GhMGD12和GhMGD16 6个候选基因均受低磷胁迫的诱导表达,GhMGD2基因在低磷处理72 h表达量是适磷处理的72倍。     

大豆GolS基因家族鉴定及盐旱胁迫下的表达分析

肌醇半乳糖苷合成酶（galactinol synthase,GolS）是棉子糖家族寡糖（raffinose family oligosaccharides,RFOs）生物合成途径中的关键酶,在植物对非生物胁迫的反应中发挥重要作用。然而,关于大豆（Glycine max）GolS基因家族成员的分子结构特征还未见研究报道。本研究在全基因组水平上鉴定了6个大豆GolS基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、进化关系、基因结构、保守基序、二级结构、三级结构、组织特异性表达模式以及盐和干旱胁迫下的表达量进行了分析。结果表明：6个大豆GolS基因不均匀地分布在4条染色体上,6个大豆GolS蛋白的等电点为5.45-6.08,分子量变化范围为37 567.07-38 817.59 Da,氨基酸数量为324-339 aa;亚细胞定位预测结果发现4个蛋白定位在叶绿体上,2个蛋白定位在细胞质。系统进化树分析表明,大豆GolS基因家族成员在进化树中呈现出两两紧邻的现象,在进化上较为保守。6个基因成员含有的外显子数目为3或4。二级结构和三级结构预测表明,该家族所有成员蛋白质的空间结构主要由α螺旋和无规则卷曲结构组成,有较少的β转角结构和延伸链结构。组织特异性表达分析表明,6个GmGolS家族成员在种子、根、根毛、花、茎、豆荚、根瘤和叶中均有不同程度表达。基于qRT-PCR的表达分析显示,盐旱处理后所有GmGolS基因成员表现出不同程度的上调表达,表明这些基因可能与植物的耐盐抗旱响应有关。本研究结果为后续开展大豆GolS基因的功能解析奠定了基础。     

糯玉米SW70和SW22是一类新的淀粉合成酶基因功能缺失多突变体

糯玉米是一类相对于粮食玉米的重要天然突变体,其淀粉合成的遗传机制复杂而又多样。以糯玉米自交系5形22、普通玉米自交系5003、SW22（♀）和5003（♂）的杂种定向选育的糯玉米自交系SW70（自交4代）为材料,研究了自交系授粉后1、2、4周时,SW22、SW70和5003籽粒中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合酶（SS）、淀粉分支酶（SBE）和淀粉去分支酶（DBE）共4个家族21个成员编码基因表达水平的变化。结果表明：1）SW22中多个淀粉合成酶编码基因的表达动态与SW70及5003中有显著差异。差异主要存在于淀粉合酶SS和淀粉去分支酶DBE基因家族：2）SW22及SW70籽粒中有明显的阢转录产物累积,但累积水平均显著低于5003籽粒中：3）SW22及SW70中颗粒结合淀粉合成酶编码基因Gbssm和异淀粉酶型去分支酶编码基因Iso2完全不表达．意味着SW22胚乳中GbssIIb基因和Iso2基因的功能完全缺失。目前,有关玉米籽粒中GbSSIIb和异淀粉酶型DBEIso2同时突变或单个基因突变均未见报道。推测淀粉合成酶基因GbssIIb和异淀粉酶型DBEIso2功能缺失以及耽功能部分缺失．共同导致了SW22和SW70籽粒中直链淀粉合成部分缺陷。     

柳树β微管蛋白基因家族的克隆和序列分析

该研究克隆鉴定了旱柳和龙爪柳β微管蛋白基因,并对其进行了序列相似性、系统发育、染色体定位以及表达模式的分析。结果显示,2种柳树β微管蛋白基因家族各有20个成员,家族内部成员间核酸和氨基酸序列相似性分别在74.0%和86.6%以上,种间同源蛋白氨基酸序列相似性在85.8%以上,柳树与其它植物β微管蛋白间的氨基酸序列相似性在81.5%以上。系统发育分析显示,柳树β微管蛋白家族被分为4个亚组,结合杨树β微管蛋白基因染色体定位,推测柳树β微管蛋白基因家族经历了杨柳科全基因组重复事件和串联重复事件,而柳树TUB11和TUB12可能来源于区段重复或者转座。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性,并且部分重复基因对在所检测组织中表达差异较大。柳树β微管蛋白基因家族成员序列的高度相似性、成员数量的进化扩张、以及表达模式的多样性可能赋予了细胞分裂与生长更高的灵活性,这对多年生木本植物的生长发育习性意义重大。     

甘蓝型油菜MADS-box基因家族的鉴定与系统进化分析

MADS-box基因家族参与调控开花时间、花器官分化、根系生长、分生组织分化、子房和配子发育、果实膨大及衰老等植物生长发育的重要过程。基于甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组测序数据,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜MADS-box基因家族进行鉴定和注释及基因结构与系统进化分析。结果显示,在甘蓝型油菜中鉴定出307个MADS-box基因家族成员,根据进化关系可将其分为两大类型,I型(M-type)包含α、β、γ三个亚家族,II型(MIKC-type)包括MIKCC和MIKC*两个亚家族,MIKCC可进一步分为13个小类;甘蓝型油菜A基因组染色体上分布的MADS-box基因多于C基因组。在基因结构上,MIKC-type亚家族基因序列普遍比M-type长且含有较多的外显子;M-type亚家族蛋白序列中的motif数量为2–5个,MIKC-type亚家族蛋白序列中平均含有7个motif。拟南芥(Arabidopsis thaliana)与甘蓝型油菜MADS-box基因共线性分析结果显示,全基因组复制事件对MADS-box基因家族尤其是MIKC亚家族的扩张起重要作用;MIKC亚家族基因在进化过程中受到的选择压力约为M-type的2倍,这表明MIKC-type亚家族在进化过程中被选择性保留。     

小桐子MYB基因家族的鉴定及JcMYB308基因的克隆与低温表达分析

MYB转录因子家族参与植物生长发育及对环境胁迫的应答等过程。该实验基于小桐子基因组数据库,对MYB基因家族进行鉴定,克隆了小桐子Jc MYB308基因,并对其功能结构域、系统进化、基因结构及低温表达特性进行了分析。结果表明,小桐子全基因组共鉴定到213个MYB基因家族成员,聚类为6个亚家族。克隆的Jc MYB308基因片段长度为713 bp,基因结构具有较高的保守性,均含有两个外显子,进化树显示其与同属大戟科的蓖麻亲缘关系最近,序列一致性为62.7%。q RT-PCR表达分析表明,小桐子Jc MYB308基因的表达存在组织表达特异性,在根中表达量较高,而在叶片中表达量相对较低,在根与茎中低温胁迫24 h时达到最大表达量。     

辣椒查尔酮合成酶基因家族全基因组鉴定及表达特征分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是植物色素合成的一个关键酶,对植物的生长发育具有重要作用。本试验依据辣椒的基因组数据,采用生物信息学的方法对辣椒CHS基因家族进行鉴定及分析。结果得出该基因家族含有7个成员,氨基酸序列长度介于213~402 aa之间,基因间序列相似性变化幅度较大,具有高度遗传多样性。基因特性分析发现7个基因含有高度保守的结构域,内含子数较少,为1~2个,它们主要分布于3条染色体上,其中以12号染色体分布最多;此外通过系统进化分析可将CHS基因分为两大类。对辣椒CHS基因的组织表达及果实发育的9个不同时期的表达进行分析,结果表明CHS家族基因具有组织表达特异性和发育时期表达特异性,每个成员都具有不同的调控方式。本研究不仅为今后了解辣椒CHS基因家族的功能和进化奠定基础,而且为遗传性状改良提供候选资源。