杨树MYB转录因子家族基因应答盐胁迫表达特性分析

MYB转录因子家族是植物中数量最多的转录因子家族之一,在植物次生代谢调节、信号转导和抗逆等生物过程起重要作用。根据MYB转录因子结构域组成差异可分4个亚家族：即1R-MYB（MYB-relaed）、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB。其中,R2R3-MYB亚家族数量最多,可进一步分为22个亚组;利用生物信息学分析杨树MYB转录因子蛋白序列的保守结构域、系统发生、基因组定位、氨基酸组成和理化性质等;参照拟南芥MYB转录因子功能,预测杨树MYB转录因子功能;基于84K杨转录组测序和RT-qPCR分析,从301个杨树MYB转录因子基因中筛选出69个应答盐胁迫基因（P≤0.05）。其中,上调表达基因32个,下调表达基因37个。该研究可为进一步研究杨树MYB家族基因功能提供参考依据。     

白桦HD-Zip基因家族生物信息学及应答盐胁迫分析

HD-Zip转录因子蛋白家族是植物特有的一类转录因子蛋白,在植物生长发育和抵抗逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。利用白桦全基因组数据库,获得白桦35条HD-Zip蛋白序列,参考拟南芥中该家族的分类方法,将这些成员分成HD-ZipⅠ-Ⅳ四个亚家族,并对这些成员的蛋白保守结构域、氨基酸组成、染色体分布、和理化性质等进行了预测和分析。从高盐处理的白桦幼苗根组织的转录组数据,鉴定了7个差异表达的基因。本研究为进一步研究白桦HD-Zip家族基因调控白桦耐盐性的功能提供了理论支持。     

植物HD-Zip转录因子的生物学功能

HD-Zip转录因子属于Homeobox蛋白家族, 是植物特异转录因子, 由高度保守的HD(Homeodomain)结构域和Leu zipper(Zip)元件组成, 前者与DNA特异结合, 后者介导蛋白二聚体的形成。HD-Zip转录因子家族包括4个亚家族(HD-Zip Ⅰ-Ⅳ), 其成员通过与其他蛋白互作、参与激素介导的信号途径, 从而调控植物生长发育、光形态建成、花发育、果实发育和植物对逆境应答等生物学过程。文章对近几年关于植物HD-Zip转录因子参与上述生物学功能方面的研究进行了综述, 以期对新功能基因的挖掘和应用研究以及HD-Zip调控机制的阐明奠定基础。     

杨树ERF11转录因子基因应答渗透胁迫表达分析

从小黑杨(Populus simonii×P.nigra)叶片中克隆出732 bp的ERF11转录因子基因(Potri.011G057000.1)cDNA,其编码的蛋白含有243个氨基酸,属于不稳定的亲水蛋白,不存在信号肽,不具跨膜能力,含AP2/ERF家族保守结构域。系统进化树表明,小黑杨ERF11蛋白与胡杨、麻疯树、蓖麻、橡胶树、木薯遗传距离较近,说明其亲缘关系较近。亚细胞定位结果表明,ERF11蛋白定位于细胞核中。ERF11基因表达具有组织特异性,并受胁迫诱导表达。其在根中相对表达水平明显比在茎和叶中表达水平高,在盐和甘露醇胁迫下,基因均表现上调表达。表明ERF11转录因子基因可能与植物应答高盐和干旱胁迫相关。     

木薯干旱响应基因MeHDS1的克隆与分析

HD-Zip是植物中所特有的转录因子,在植物体响应环境因子过程中起着重要的作用。以木薯cDNA为模板,利用RT-PCR技术从木薯中克隆了一个HD-Zip家族成员基因全长,命名为MeHDS1。序列分析结果表明,MeHDS1具有822个氨基酸,分子量89.07 kD,等电点为5.79,其开放阅读框长2 469 bp,具有典型HD结构域及START结构域。该转录因子与棉花GL2蛋白的同源性很高,推断其同属第IV亚家族。MeHDS1蛋白内含有一个核定位信号,亚细胞定位试验结果也证明,MeHDS1蛋白定位于细胞核与细胞壁中。实时荧光PCR分析表明,该基因在木薯根部表达量最高,受干旱诱导上调表达。通过对其生物信息学分析及其在木薯中表达谱分析结果表明,MeH DS1可能作为转录调控因子参与木薯非生物胁迫应答反应。     

沙地云杉LBD基因家族鉴定及盐胁迫响应分析北大核心CSCD

沙地云杉(Picea mongolica)是我国稀有珍贵树种,具有耐旱、耐寒、耐沙埋的优良抗性。LBD(lateral organ boundaries domain)是植物侧生器官中重要的转录因子,在植物生长发育和胁迫应答进程中起关键作用,但目前尚未报道有关沙地云杉中LBD基因家族的研究。本研究参考挪威云杉全基因组数据及沙地云杉转录组数据鉴定沙地云杉LBD基因,进行生物信息学分析并利用qRT-PCR检测LBD基因在不同组织(茎尖、主根、侧根、茎和叶)及盐胁迫胁迫条件下的表达水平。结果表明,在沙地云杉转录组中共鉴定出30个LBD基因(PmLBD1-30),蛋白序列长度在119~309 aa之间,分子量为10.5~33.4 kD,等电点介于5.15~9.26之间,Cell-PLoc亚细胞定位显示均位于细胞核中;所有的LBD蛋白结构域、基因结构高度保守,并由相似的基序组成;根据系统发育树可将其分为5个亚家族(Class I a~e),沙地云杉在各类中的成员依次为4,11,5,1,9个;qRT-PCR试验结果显示,PmLBDs在不同组织中均有表达,如PmLBD2/5/18/19在茎中高表达,ClassⅠb中的PmLBD9/20/23基因在侧根中强烈表达;大多数PmLBDs的表达强烈响应盐胁迫,17个PmLBD基因在盐处理后上调表达,而6个PmLBD基因在盐处理后下调表达,且同一亚族基因表达情况呈现相似趋势。     

植物 HD-Zip 转录因子

同源异型域-亮氨酸拉链(HD-Zip)蛋白是植物特有的一类转录因子,具有调节植物发育进程和应答外界环境胁迫信号的作用。介绍了近年来有关植物HD-Zip蛋白的结构特征与特性、编码基因及其表达规律、相关生理功能的新进展。     

糜子黄、黑种皮遗传及转录组学分析

同源异型域-亮氨酸拉链(homedomain-leucine zipper,HD-Zip)转录因子广泛参与植物的生长发育和抗胁迫过程。该研究通过生物信息学方法对青稞HD-Zip基因家族进行全基因组分析鉴定,并采用qRT-PCR技术分析非生物胁迫下该基因的表达特性,为深入探讨青稞HD-Zip转录因子的生物学功能及其在高原作物抗逆育种中的应用奠定基础。结果表明：(1)成功从青稞基因组中共鉴定出41个HD-Zip基因家族成员,依次命名为i>HvvHD-ZipⅠ-1~Ⅳ-13,且这些基因在7条染色体上呈不均匀分布。(2)理化性质分析发现,HvvHD-Zip蛋白包含197～885个不等的氨基酸残基;分子量范围在19 914.36～94 014.87 Da;亚细胞定位表明HvvHD-Zip蛋白都位于细胞核。(3)根据多序列比对、系统进化、基因结构和保守基序差异将其聚为4个亚家族,各亚家族分类特征与系统聚类结果一致。(4)顺式作用元件预测分析发现,i>HvvHD-Zip基因启动子中含有11种植物激素和胁迫响应元件。(5)qRT-PCR结果显示,HvvHD-Zip Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ亚家族基因对各胁迫响应明显;与根组织相比,多数i>HvvHD-Zip基因在叶组织中响应明显(上调或下调);与冷和盐胁迫相比,i>HvvHD-Zip各基因对旱胁迫响应较强。     

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。     

大豆UBC基因家族鉴定及GmUBC46基因的功能初步分析

泛素/26S蛋白酶体途径在植物响应非生物胁迫反应中起着重要的作用。E2(泛素结合酶,UBC)是蛋白质泛素化中重要的泛素结合酶,与E1和E3共同参与蛋白降解途径。本研究通过构建隐马尔可夫模型,鉴定了54个大豆UBC基因,通过进化树分析将该家族成员分为11个亚家族(A-K)。蛋白保守结构域分析表明,GmUBC家族蛋白成员大部分含有保守Motif 1、Motif 2与Motif 3,且均属于泛素结合酶保守结构域。组织定位分析表明大部分GmUBC家族基因成员在大豆根、茎、叶、花等组织中有所表达。转录组数据表明有20个GmUBC基因在干旱、盐或冷胁迫下具有不同的表达模式,启动子顺式作用元件分析发现其胁迫响应过程可能与激素信号转导相关。进一步通过qRT-PCR发现GmUBC46基因能积极响应干旱、盐或冷胁迫诱导上调表达。通过酵母功能验证表明,GmUBC46基因降低了对干旱或盐胁迫的耐受性。综上,本研究初步阐明了大豆UBC基因家族的基本特性及GmUBC46基因的耐逆功能,为后续研究提供了重要依据和参考价值。     

蓖麻RcbZIP11基因克隆及表达特性研究

为探究蓖麻bZIP(basic leucine zipper)基因在响应非生物胁迫应答过程中的作用,研究基于蓖麻转录组数据,克隆到1条在低温胁迫下显著上调表达的bZIP基因,并将其命名为RcbZIP11(GenBank No. OQ506490)。RcbZIP11基因的编码区序列全长492 bp,其推导163个氨基酸,预测是1个亲水性蛋白质,具有保守的bZIP＿plant＿GBF1结构域。蛋白质的多序列对比显示,RcbZIP11蛋白质在进化过程中相对保守,进化树分析显示RcbZIP11与麻风树JcbZIP11蛋白质亲缘关系最近。亚细胞定位显示RcbZIP11蛋白质定位于细胞核,并成功克隆出RcbZIP11启动子序列,预测结果显示,该区域拥有光响应元件、逆境响应类元件和激素诱导类元件。RcbZIP11基因在蓖麻不同组织(真叶、子叶、茎和根)中均有表达,在子叶中相对表达量最高;且该基因在逆境胁迫下(干旱、盐、低温和ABA)的根和真叶中其相对表达量均高于0 h,说明RcbZIP11基因积极地参与蓖麻的非生物胁迫响应。综上,研究为进一步探究RcbZIP11基因在蓖麻逆境条件生长过程中的功能奠定...     

毛果杨nsLTP基因家族全基因组水平鉴定及其表达特性分析

植物非特异性脂质转移蛋白（non-specific lipid transfer proteins,nsLTP）是一类多基因家族编码碱性蛋白,负责脂肪酸体外结和与膜之间的磷脂转移,在植物生长发育和逆境胁迫响应中扮演着重要角色。目前为止,尚无模式植物毛果杨（Populus trichocarpa）nsLTP家族的研究报导。本研究从全基因组水平对PtrnsLTP家族成员的基因数量、亲缘关系、基因结构、编码蛋白保守基序等特性进行了分析,结果表明：PtrnsLTP家族共由39个基因组成,进化成5个亚家族,其中A亚族含有6个基因、B亚族含有2个、C亚族含有13个、D亚族含有3个、E亚族含有15个。PtrnsLTP家族包含7对旁系同源基因,其中1对大于1,6对Ka/Ks均远小于1,且这6对基因均处于同一个大的进化分支上,进化压力的不同导致基因间的功能出现了分化,编码蛋白均含有Motif 1和 Motif 2保守基序。利用qRT-PCR技术并结合杨树转录组数据对PtrnsLTP的组织表达与盐胁迫响应特性研究发现：各家族成员在毛果杨根、茎和叶中均有表达且经qRT-PCR技术验证后与网站预测结果基本吻合,有11、15和13个成员分别在根、茎和叶中有较高的表达,表明该基因家族参与了杨树不同组织的生长发育;NaCl胁迫下,该家族39个基因中分别有26个成员在根部、14个成员在叶部表达量随着胁迫时间的增加而升高,而32个基因在茎部表现为先升高后降低的趋势。本研究结果对于PtrnsLTP家族基因生物学功能的鉴定与盐胁迫响应基因资源的工作有着积极的推动作用。     

毛果杨CNGC家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

植物环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated channels,CNGC）家族具有多种生物学功能,尤其是在植物的生长发育及逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究通过生物信息学方法及qRT-PCR对PtrCNGC家族成员蛋白的基本理化性质与结构特征、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式作用元件,以及基因表达模式进行分析。结果表明：在毛果杨（Populus trichocarpa）全基因组中共鉴定出19个PtrCNGC基因,PtrCNGC家族成员可分为4个亚群（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ亚群）,其中第Ⅳ亚群分为2个亚组（Ⅳa组和Ⅳb组）。PtrCNGC基因编码的蛋白均为碱性蛋白,此外,该家族仅有1个成员为疏水性蛋白,其余成员全部为亲水性蛋白。19个PtrCNGC不均匀地分布于毛果杨的11条染色体上,剩余8条染色体上没有成员分布。PtrCNGC家族包含7对同源基因且它们之间的K_a/K_s值均远小于1。PtrCNGC家族各亚群成员之间的基因结构、蛋白保守基序分布差异较小。启动子顺式作用元件预测分析发现,PtrCNGC基因序列启动子区域存在响应多种激素以及逆境胁迫相关的作用元件。qRT-PCR结果表明,PtrCNGC家族在不同组织中的表达具有特异性,在茎中的表达量较高,在根和叶中的表达量较低;在盐胁迫和干旱胁迫下,PtrCNGC家族同一分支上的多数成员表现出相似的表达模式。本研究结果为进一步研究毛果杨CNGC家族在非生物胁迫中的功能提供参考。     

盐生植物海滨锦葵幼苗盐胁迫下基因差异表达分析

利用cDNA-AFLP技术对海滨锦葵幼苗盐胁迫下叶片和根部的基因差异表达模式进行分析和比较, 并对部分盐胁迫应答的转录衍生片段进行了回收、测序和功能推测, 以从转录水平分析海滨锦葵的耐盐分子机制。结果显示：(1) 盐胁迫下海滨锦葵幼苗叶片和根部的基因差异表达多以量的变化为主, 包括盐胁迫下基因表达上调、下调或随盐处理浓度高低和胁迫时间长短而波动的差异表达模式; 只有少量基因的差异表达表现出质的变化, 如盐胁迫下基因沉默或诱导表达; (2) 仅在盐胁迫处理2 h的海滨锦葵幼苗根部, 基因的差异表达以质的变化为主的类型比例略高于量的变化类型比例; (3) 盐胁迫应答基因在不同组织中上调、下调、诱导或沉默的比例随胁迫处理时段而动态变化, 在刚胁迫时基因表达的差异加剧, 而后随胁迫处理时段的延长而渐趋稳定。结果预示, 从基因表达水平探讨植物的耐盐分子机理, 尽管有一定的规律可循, 但由于不同组织对盐胁迫的应答是动态变化的过程, 海滨锦葵不同组织在盐胁迫不同阶段的基因时、空、序表达特征并没有固定的程式。对部分盐胁迫下上调或诱导表达的转录衍生片段(Trivially distributed file system, TDFs)进行的序列分析和功能推测表明, 苗期海滨锦葵在盐胁迫下应答基因至少涉及3类：(1) 离子平衡重建或减少胁迫损伤相关基因(特别是运转蛋白类); (2) 恢复盐胁迫下植物生长和发育相关基因：如参与能量合成和激素调节途径相关基因等; (3)信号转导相关基因及功能未确定的新基因。文章并对盐胁迫应答基因的差异表达模式与海滨锦葵的耐盐性关系进行了讨论。     

毛竹bHLH转录因子的鉴定及其在干旱和盐胁迫条件下的表达分析

以毛竹（Phyllostachys edulis（Carr.）Lehaie）为材料,利用生物信息学方法,在基因组水平上对其bHLH基因家族成员进行鉴定和分析,并对不同组织中该基因的表达模式以及部分基因在干旱和高盐胁迫条件下的表达情况进行研究。结果显示：在毛竹中共鉴定出153个具有完整保守结构域的bHLH基因家族成员（PebHLH001~PebHLH153）,这些基因内含子数量为0~14,其中137个基因的启动子均含有与干旱、盐胁迫相关的顺式作用元件;PebHLHs编码的蛋白长度为134~1401 aa;bHLH家族成员的系统进化分析结果表明,153个PebHLHs可被分为17个亚类,其中C亚类的成员数量最多,为42个;基于转录组数据的表达谱分析结果发现,有151个PebHLHs在毛竹不同组织和不同生长发育时期有不同程度的表达量;实时荧光定量PCR实验结果显示,在干旱和盐胁迫处理后,分别有14和13个PebHLHs基因的表达量上调,分别有2和3个表达量下调,但表达模式存在一定差异,说明他们在应答干旱和盐胁迫过程中可能发挥不同的作用。     

全基因组分析杨树WOX基因家族在茎部发育中的作用

WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族是植物特有的转录因子家族,参与分生组织细胞分裂分化、初生和次生物质代谢及植物激素信号转导等多个发育过程,目前尚未有从全基因组分析该基因家族参与杨树茎部发育的相关研究。本项研究旨在对杨树WOX基因家族进行鉴定,在杨树基因中发现18个WOX候选基因,将这些候选基因分为三组,同一分组的大多数WOX家族成员具有相似的基因结构和保守的基序。根据不同发育阶段茎部转录组数据,系统分析了WOX家族成员在茎部不同发育阶段的特异表达情况,并采用qRT-PCR对上述结果进行了验证。结果表明,杨树WOX基因家族在茎部不同发育阶段表现出不同的表达模式,为毛果杨WOX家族的功能研究与利用奠定基础。