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。     

拟南芥和水稻SET结构域基因家族全基因组鉴定、分类和表达

ET(Su(var), Enhancer of zeste (E(z)), and Trithorax)结构域基因家族是一组含有保守SET结构域的蛋白的统称, 它们参与蛋白甲基化, 影响染色体结构, 并且调控基因表达, 在植物发育中起着重要的作用。分析拟南芥和水稻中SET结构域基因家族进化关系, 对研究这一基因家族中各成员的功能有着重要的意义。我们系统地鉴定了47个拟南芥(Arabidopsis thaliana)和43个水稻(Orysa sativa japonica cultivar Nipponbare)的SET结构域基因, 染色体定位和基因复制分析表明SET结构域基因扩增是由片段复制和反转录引起的, 根据这些结构域差异和系统发育分析把拟南芥和水稻的SET结构域基因划分成5个亚家族。通过分析SET结构域基因家族在拟南芥和水稻各个发育阶段的表达谱, 发现SET结构域基因绝大部分至少在一个组织中表达; 大部分在花和花粉中高表达; 一些SET结构域基因在某些组织中有特异的表达模式, 表明与组织发育有密切的关系。在拟南芥和水稻中分别找到了4个差异表达基因。拟南芥4个差异基因都在花粉管高表达, 水稻4个差异基因有3个在雄性花蕊中高表达, 另一个在幼穗中高表达。     

龙眼体胚发生过程中DCL基因的分子特性及表达分析

从龙眼转录组unigene序列筛选获得龙眼DCL基因(命名为DlDCL)全长序列,并结合生物信息学及实时荧光定量等方法,对龙眼DCL基因进行研究,以明确DlDCLs在龙眼体胚、不同生长组织部位中的表达规律及其对激素和光质应答反应,为进一步研究龙眼体胚过程中DlDCLs基因的调控研究奠定基础。结果表明:(1)龙眼转录组数据存在DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4四个DCL家族成员,且基于Unigene的FPKM值发现不同基因在体胚发生阶段具有差异表达。(2)生物信息学分析发现,DlDCLs成员间基本理化性质较为类似,均为亲水性不稳定蛋白、不含信号肽、可进行跨膜运动,但也存在一定差异,如DlDCL2为碱性蛋白,而其他3个成员为酸性蛋白;亚细胞定位预测显示,DlDCLs均定位于细胞核中,但DlDCL2也存在定位于叶绿体中;对DCL蛋白结构域预测显示,DCL是高度保守的蛋白。(3)系统进化树分析显示,不同物种的DCL分为4个分支,同源的DCL蛋白都聚为一类,且DlDCLs与柑橘DCL亲缘关系更为接近。(4)实时荧光定量PCR分析表明,DlDCLs在龙眼非胚性愈伤组织和体胚发生过程中的表达模式差异较大,但DlDCLs在愈伤组织阶段均有较高的表达量,推测DlDCLs在体胚发生过程可能具有功能的独立和协作。DlDCL1和DlDCL2在叶片、花器官等组织部位中的相对表达量较高,暗示DlDCL1和DlDCL2可能参与到光合作用和花器官的发育;DlDCLs还受2,4-D、MeJA、SA激素和光质诱导,表明DlDCLs可能参与激素和光质调控。     

解读AGO蛋白结构及其功能

RNA沉默是由小RNA特异向导和RNA诱导的沉默复合物（RISC）切割或者抑制靶标mRNA翻译的一种调控系统. 作为RISC的核心成分,AGO蛋白(argonaute proteins)由N末端、PAZ、MID和PIWI 4个结构域组成. PAZ区能非序列特异性识别结合双链小RNA 3′末端悬垂的2个核苷酸,MID与PIWI界面处的“保守口袋”识别结合小RNA 5′端第1位核苷酸,PIWI区具有切割mRNA的催化中心. 根据系统进化学分析,AGO蛋白家族分为3个组：AGO like、PIWI-like和GROUP3. 拟南芥共编码10种AGO蛋白.目前已经证实,具有切割活性的为AtAGO1、AtAGO4和AtAGO7,三者参与的小RNA通路也已得到确认. 在拟南芥10种AGO蛋白中,AtAGO1与AtAGO10、AtAGO1与AtAGO7、AtAGO4与AtAGO6存在功能上的部分冗余.     

普通烟草ATⅢ氨基转移酶家族序列鉴定与表达分析

氨基转移酶是5'-磷酸吡哆醛依赖酶,在植物的生长发育和非生物胁迫的反应中起重要作用。ATⅢ氨基转移酶家族(classⅢ aminotransferase family)是转氨酶家族中一个非常重要的亚家族。本研究利用普通烟草(Nicotiana tabacum)基因组序列信息,鉴定出26个ATⅢ家族成员,对烟草ATⅢ家族进行理化性质分析表明,普通烟草ATⅢ家族成员之间的理化性质差异较大;系统进化和结构域分析显示,烟草ATⅢ家族成员可形成4个分支,同一分支内ATⅢ家族成员的保守结构域的种类和组织形式高度一致;将19个家族成员定位在12条染色体上;分析普通烟草转录组数据,结果显示大多数家族成员在不同组织中都有表达,主要集中在叶脉、打顶后茎和叶、离体叶片等组织。对NtATⅢ1和NtATⅢ2基因的qRT-PCR分析显示,这两个基因主要在植物地上组织中表达。本研究为普通烟草ATⅢ基因的功能研究提供依据。     

植物Argonaute基因研究进展

Argonaute (AGO)蛋白是一类在小RNA介导的基因沉默中起关键作用的RNA结合蛋白。AGO家族在不同物种中高度保守,由可变N端、PAZ、MID和PIWI等4个结构域组成。根据系统进化学以及AGO基因结合的小RNA类型可将该家族分为3个亚族,即AGO-like、PIWI-like和Group~3亚家族,目前发现的植物中的AGO基因均属于AGO-like亚家族。研究表明,不同类型的小RNA结合特定种类的AGO蛋白在植物不同生长发育和响应胁迫过程中扮演着重要角色。最近发掘的许多AGO蛋白新的生物学功能表明,AGO在调控配子生成和发育过程中也具有重要意义。现对植物AGO家族的分类、结构特点、结合的小RNA类别以及最新的功能研究进行详细综述。     

水稻SDG736抑制拟南芥FLC表达调控开花时间

130～150个氨基酸组成SET (Su (var) 3-9, Enhancer-of-zeste, Trithorax)结构域构成了组蛋白赖氨酸甲基转移酶特异性催化位点。SET结构域蛋白在进化上高度保守,广泛调控植物的生长发育。进化分析结果显示水稻SET结构域家族成员可分为7个不同的亚家族(KMT1, KMT2, KMT3, KMT6, KMT7, S-ET和RMT)。KMT3亚家族可能涉及开花调控或花的发育,其中包含5个拟南芥基因和5个水稻同源基因。拟南芥SDG4通过H3K4/K36甲基化的活性调控花发育,结果表明水稻同源基因SDG736超量表达,可促进拟南芥开花。对拟南芥开花途径相关的基因进行定量分析显示,超量表达的SDG736拟南芥植株中FLC基因表达量降低,而SCO1基因的表达量增加。     

青狗尾草RNAi途径相关基因的全基因组鉴定和表达分析

RNAi途径是RdDM途径的衍生途径,其中的AGO、DCL和RDR蛋白在植物的生长发育和响应非生物/生物胁迫过程中发挥重要作用。为了研究RNAi途径的3种主要蛋白在青狗尾草中的序列及结构特征,利用比较基因组学方法,在青狗尾草中鉴定到13个AGO基因、7个DCL基因和4个RDR基因,并对其蛋白质亚细胞定位、系统发育关系、保守结构域进行预测。同时,利用转录组数据分析RNAi途径的3类相关基因在青狗尾草的16种不同生长时期、不同生长条件下的表达模式。蛋白质结构域分析发现,SvDCL3b和SvRDR3缺少重要的结构域。转录组分析发现,SvAGO1b、SvDCL1a和SvRDR1在各家族中表达量较高,可能在RNAi途径中发挥主要作用,且大多数青狗尾草和谷子的同源基因间的表达模式基本一致。综上,本研究为理解RNAi途径的3种主要基因在调控青狗尾草的表观遗传修饰中的功能和作用提供初步的理论依据,为青狗尾草和谷子之间驯化的分子机制提供 参考。     

向日葵MADS-Box基因HAM23-like克隆和表达分析

为了解MADS-box基因在向日葵(Helianthus annuus)花发育过程中的作用,采用RT-PCR技术克隆了1个MADS-box基因新成员HAM23-like,开放阅读框为831bp,编码276个氨基酸,相对分子量为30.52k D,理论等电点为9.42。系统发育分析表明,HAM23-like与拟南芥的AGL18聚于同一分支,具有较近的亲缘关系。qRT-PCR分析表明,HAM23-like基因在花和成熟果实(籽粒饱满期)中的表达量较高;HAM23-like在开花当天的雄蕊中的表达量最高;随着花的发育,HAM 23-like表达量逐渐升高,在开花后5 d (果实形成早期)达到最高表达水平。因此,推断HAM23-like基因可能与向日葵花器官后期发育和瘦果早期发育相关。     

番茄B3超家族成员鉴定及生物信息学分析

B3超家族是一类含有B3功能域(与DNA结合的高度保守结构域)的转录因子,在植物生长发育过程中起重要作用。本研究采用生物信息学的方法,利用Pfam中的B3保守结构域序列检索番茄(Solanum lycopersicum L.)蛋白序列,确定了97个B3超家族基因。对番茄B3超家族成员进行了系统进化树分析、染色体定位、结构域分析、组织表达和诱导表达分析等。番茄B3超家族分为LAV、ARF、RAV和REM 4个亚家族,每个亚家族中的数量分别为4、22、9和62个,且在进化树中形成明显不同的分支,每个亚家族都进行了系统进化和结构域分析;番茄12条染色体都含有B3超家族基因;11个成员的表达模式表明,B3超家族同一亚家族成员也具有不同的时空表达模式;在干旱、盐和高温胁迫处理下,部分成员响应强烈并且响应不同的外界信号;而对于ABA处理响应非常弱。本研究将为B3基因超家族成员的生物学功能研究提供参考。     

巨桉AGO基因家族的生物信息学分析

为了解巨桉(Eucalyptus grandis)中Argonaute (AGO)的功能, 经全基因组序列分析, 巨桉中存在14 个AGO基因家族成员, 基因长度为2676~3225 bp, 编码的蛋白质具有保守的Piwi、PAZ、DUF1785 结构域。巨桉EgrAGOs 基因可分为3 组, 内含子和外显子结构具有明显的组织特异性。组内成员核苷酸序列和氨基酸序列保守性较高, 同源性分别达到88.14% 和82.97%。EgrAGO基因分布于第2、4、7、8、10、11 条染色体上, 在进化过程中存在着串联复制和大片段基因复制机制。预测巨桉的大部分AGO 蛋白定位于细胞核和胞质中, 表现出偏碱性和亲水性, 具有较高的脂溶指数。基因表达分析表明, 桉树EgrAGO成员在不同组织中的表达有明显差异, 与木材形成相关的组织/ 器官中有较高的表达。这些为深入研究EgrAGO基因的功能奠定了基础。     

Crystal structure and ligand binding of the MID domain of a eukaryotic Argonaute protein

Argonaute (AGO) proteins are core components of RNA‐induced silencing complexes and have essential roles in RNA‐mediated gene silencing. They are characterized by a bilobal architecture, consisting of one lobe containing the amino‐terminal and PAZ domains and another containing the MID and PIWI domains. Except for the PAZ domain, structural information on eukaryotic AGO domains is not yet available. In this study, we report the crystal structure of the MID domain of the eukaryotic AGO protein QDE‐2 from Neurospora crassa. This domain adopts a Rossmann‐like fold and recognizes the 5′‐terminal nucleotide of a guide RNA in a manner similar to its prokaryotic counterparts. The 5′‐nucleotide‐binding site shares common residues with a second, adjacent ligand‐binding site, suggesting a mechanism for the cooperative binding of ligands to the MID domain of eukaryotic AGOs.     

Over-expression of rice OsAGO7 gene induces upward curling of the leaf blade that enhanced erect-leaf habit

High-yield cultivars are characterized by erect leaf canopies that optimize photosynthesis and thus favor increased biomass. Upward curling of the leaf blade (called rolled leaf) can result in enhanced erect-leaf habit, increase erect duration and promote an overall erect leaf canopy. The rice mutant R05, induced through transferred DNA (T-DNA) insertion, had the rolled-leaf trait. The leaves in the wild type demonstrated natural drooping tendencies, resulting in decreasing leaf erection indices (LEIs) during senescence at the 20th day after flowering. Conversely, LEIs of the leaves in R05 remained high, even 20-day post-flowering. We applied T-DNA tagging and isolated a rolled-leaf gene from rice which, when over-expressed, could induce upward curling of the leaf blade. This gene encodes for a protein of 1,048 amino acids including the PAZ and PIWI conserved domains, belonging to the Argonaute (AGO) family. There are at least 18 members of the AGO family in rice. According to high-sequence conservation, the rolled-leaf gene in rice could be orthologous to the Arabidopsis ZIP/Ago7 gene, so we called it OsAGO7. These results provide a possible opportunity for implementing OsAGO7 gene in crop improvement. ZhenYing Shi and Jiang Wang contributed equally to this work.     

青稞HvtAGO1基因的克隆及其在条纹病胁迫下的表达

AGO蛋白是RNA诱导沉默复合体的核心分子,在植物的生长、发育及胁迫响应中起重要作用.为探索青稞AGO基因在青稞抗条纹病病原菌过程中的作用机制,该研究以抗条纹病青稞品种‘昆仑14号’和感病品种‘Z1141’为材料,利用条纹病原菌侵染两品种,从感病前后的转录组测序结果中获得一个差异表达基因,克隆验证了该基因为HvtAGO...     

蔓花生PEPC基因家族的生物信息学分析

为了解花生中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)的功能,对二倍体祖先种野生蔓花生(Arachis duranensis)基因组数据库进行分析,发现存在9个Ad PEPC基因家族成员,这些基因的序列长度为3 584~12 956 bp,开放阅读框(ORF)长度为702~3 168 bp,分布在3、5、7、8、9、10号染色体上。蔓花生Ad PEPC家族蛋白的氨基酸序列中均含有HCO3-结合位点和PEP结合位点等保守结构域,根据序列特征可分为植物型、细菌型和序列较短的PEPC等3类,同类蛋白序列的同源性较高,基因结构中的内含子与外显子的数目也较相似。基因表达分析表明,多数成员在花或茎中的表达量较高,Ad PEPC1;2和Ad PEPC4;2在茎中的表达量最高,其他家族成员尤其是Ad PEPC2、Ad PEPC1;5和Ad PEPC1;3在花中的表达量明显高于其他组织,Ad PEPC1;5基因在叶中不表达。Ad PEPC3在根、茎、叶和花中均不表达,推测该基因为假基因。这为深入研究Ad PEPC家族基因的功能奠定了基础。     

Soybean and sunflower oils increase the infectivity of Colletotrichum gloeosporioides f. sp. aeschynomene to Northern Jointvetch

Soybean and sunflower oils increased the level of infection of northern jointvetch, Aeschynomene virginica, plants by Colletotrichum gloeosporioides f. sp. aeschynomene. Inoculation of seedlings with spore suspensions containing 10% (v:v) soybean oil or 10% sunflower oil resulted in more disease than when inoculated with suspensions of spores in water alone. The lengths of the dew periods required to establish equivalent levels of disease by spore suspensions containing 10% soybean or 10% sunflower oil were approximately 4–8 h less compared to aqueous suspensions. Incubation of spores in 10% soybean oil followed by removal and resuspension in water did not affect the infectivity of spores when compared to spores incubated in aqueous suspensions. Spore germination and appressoria formation were unaffected by either of the oils tested in in vitro assays; however, in in vivo assays, 10% soybean oil and 10% sunflower oil increased spore germination in comparison to spores that were suspended in water.     

西葫芦NCED基因家族鉴定及其响应干旱胁迫分析

NCED基因家族成员在调节植物响应干旱胁迫中发挥着关键作用,该研究通过生物信息学技术分析NCED在西葫芦基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性及其对10%PEG 6000模拟干旱、0.1 mmol·L-1ABA激素和自然干旱胁迫的响应,以解析NCED基因家族的生物学功能。结果表明:(1)从西葫芦全基因组中鉴定出6个NCED家族基因(CpNCED1~6),且6个基因均不含内含子、分别分布于西葫芦的1、10、12、14、19和20号共6条染色体上。(2)理化性质分析发现,CpNCED1~6蛋白长度为569~590 aa,理论分子量在62.64~65.54 kD之间。(3)蛋白保守元件分析显示,除CpNCED3蛋白在遗传进化过程中出现3个基序(motif 12、motif 13和motif 15)的缺失外,其余5个蛋白都有完整的16个motif保守基序,且分布在600个氨基酸以内,同时大部分NCED蛋白序列保守性较高。(4)顺式作用元件分析显示,西葫芦CpNCED1~6基因均含ABRE、W box、MBS、P-box、TCA-element、CGTCA-motif、TGA-element和TGA-box等潜在的干旱胁迫响应元件。(5)qRT-PCR分析表明,CpNCED1~6基因在西葫芦不同组织中的表达具有组织特异性,其中,CpNCED4和CpNCED1在茎中的表达量显著高于其他4个基因,CpNCED2、CpNCED4、CpNCED6在花中的表达显著高于其余3个基因且CpNCED2表达量最高,CpNCED1~6在果实和叶中的表达量均相对较低;与对照组相比,CpNCED1~6受模拟干旱、ABA激素和自然干旱胁迫均上调表达;伴随干旱胁迫的产生,叶片中脱落酸(ABA)含量逐渐升高,暗示CpNCEDs在西葫芦干旱胁迫响应与ABA的生物合成过程中发挥着正向调控作用。研究发现,6个CpNCED1~6基因与西葫芦干旱胁迫响应密切相关,且对西葫芦干旱胁迫的响应以及ABA生物合成具有重要作用,尤其以CpNCED2和CpNCED4基因的作用更为明显。