植物颗粒结合淀粉合酶GBSS基因家族的进化

为全面理解植物颗粒结合淀粉合酶(GBSS)基因在植物中的进化模式并重建其进化历史, 利用20种陆生植物和2种藻类植物的基因组数据, 通过生物信息学手段, 深入挖掘和分析植物类群基因组中GBSS基因家族的构成和基因特点, 推测其可能的扩增和丢失规律。结果共识别42条同源序列。系统发育和进化分析表明, GBSS基因起源古老, 可能在所有绿色植物的祖先中就已经出现, 之后在进化过程中不断发生谱系的特异扩张和拷贝丢失, 并最终通过功能分化的形式在植物类群中被固定。     

茉莉酸信号受体COI蛋白家族的分子进化与基因表达分析

茉莉酸(Jasmonic acid,JA)存在于所有高等植物中,是植物对病原微生物和虫害防御反应的关键激素。在茉莉酸信号转导中,COI1(COR-insensitive 1)作为茉莉酸信号受体蛋白在其中发挥关键作用。本研究采用生物信息学方法,从藻类、苔藓类、蕨类、裸子及单、双子叶植物多谱系对COI蛋白家族进行比较基因组学研究,并取得以下结果:(1)同源基因鉴定结果发现,在所选的7种陆生植物中一共鉴定了55个COIs同源基因,然而,在低等的水生植物包括绿藻类(Chlorophytes)、红藻类(Rhodophytes)、硅藻类(Bacillariophytes)、灰胞藻类(Glaucophytes)及褐藻类(Phaeophytes)等基因组中均未发现其同源基因;(2)系统进化树分析表明,植物COI蛋白家族可以分为4个保守的亚家族,且在陆生植物扩增的同时可能已发生功能分化;(3)基因结构分析显示,植物COI家族基因结构表现多样性,主要体现在内含子的数目和长度上;(4)基因表达数据提示,COI基因家族成员参与植物生长发育的多个时期,且在不同组织器官以及不同的胁迫应答反应中发挥不同的作用。以上结果将为植物COI基因家族的深入研究提供参考。     

植物查尔酮合成酶超基因家族的分子进化

查尔酮合成酶(CHS)超基因家族又称为植物类型III聚酮合酶超基因家族, 其编码酶通过催化和合成一系列结构多样及生理活性各异的次生代谢物, 在植物生长发育和适应环境的过程中扮演着重要角色。为全面了解CHS超基因家族在植物中的进化规律, 重建其进化历史, 该研究利用14种具有全基因组数据的代表植物, 通过生物信息学手段, 深入挖掘和分析了不同植物类群基因组中查尔酮合成酶超基因家族的成员构成, 推测了其可能的扩增机制和功能分歧, 并探讨了该超基因家族在植物中的总体进化趋势。结果共识别144条具有表达信息的同源序列, 它们全部来自9种陆生植物的基因组, 藻类植物基因组中没有发现相关序列。系统发育和进化分析表明, CHS超基因家族的起源古老, 它们可能为适应复杂的生态环境而出现在早期的陆生植物中, 之后在长期的进化过程中不断发生谱系的特异扩张和拷贝丢失, 最后通过功能分歧的形式在不同植物类群中被分别固定。此外, 进化检验也显示, 尽管CHS超基因家族内部发生了多样的遗传改变, 但整个超基因家族仍处于强烈的纯化选择之下, 并且个体基因中也无任何单氨基酸位点受到正向选择的影响。     

玉米JAZ家族基因ZmJAZ4的克隆及功能分析

JAZ(Jasmonate ZIM-domain)蛋白是植物特有的一类转录因子,通过抑制茉莉素调控基因的表达,在植物的生长发育及非生物胁迫等方面发挥重要的功能。从玉米B73自交系中克隆到一个新的JAZ家族基因Zm JAZ4,该基因c DNA全长为651bp,编码蛋白含有216个氨基酸,分子量约为23.1 k D,p I为10.78,属于碱性蛋白。Real-time RT-PCR结果表明,Zm JAZ4主要在茎端分生组织、雄穗、发育早期的种子以及胚乳中表达。系统进化分析显示,Zm JAZ4与At JAZ10转录因子相似性较高。亚细胞定位试验表明,Zm JAZ4定位于细胞核内。Zm JAZ4在酵母细胞中不具有转录激活活性。激素及胁迫处理表明,Zm JAZ4在地上部的表达受PEG、Na Cl、SA、GA和ABA诱导,而在地下部的表达受到ABA和GA诱导。结果分析表明,Zm JAZ4可能是一个重要的转录调控因子,参与调控多种激素信号通路及非生物胁迫响应。     

小立碗藓MADS-box基因家族的系统进化分析

苔藓植物作为最早出现的陆生植物的代表,生活周期仍以配子体为主,在植物进化史上占据着重要的地位。另外,同源异型基因MADS-box家族广泛参与植物的生长发育和形态构建。因此,对苔藓植物MADS-box家族的分析有助于了解苔藓植物出现过程中发生的重要分子事件和关键器官革新。我们基于最新公布的小立碗藓基因组数据库确定了20个带有典型MADS结构域的MADS-box基因,其中11个MIKC~*型、5个MIKC~C型、4个I型,并对它们进行了染色体定位、外显子-内含子基因结构、蛋白结构域组成、系统进化构建等分析,为进一步阐明小立碗藓MADS-box基因的功能提供了准确的信息资源。     

拟南芥和水稻金属蛋白酶ftsH基因家族的基因组比较分析

FtsH(Filamentation temperature-sensitive H)是一种广泛存在于原核生物和真核生物中的ATP依赖型金属蛋白酶。同源性分析表明,在拟南芥和水稻基因组中分别有12个和9个ftsH基因。ftsH基因在染色体上的分布有明显的偏爱性,如拟南芥的1、2、5号染色体和水稻的1、5号染色体。亚细胞定位分析表明,所有FtsH蛋白均定位于叶绿体或线粒体中。系统进化分析表明,21个FtsH蛋白成员可分为8个类群,其中AtFtsH12在水稻中没有发现种间同源物。每个类群成员的蛋白序列高度保守,种内同源物显示出大于80%的相似性,而种间同源物的相似性也大于70%。类群内的同源基因并非平行进化产生的,拟南芥基因组中进化出AtftsH1/5、AtftsH2/8、AtftsH3/10和AtftsH7/9共4个同源基因对,而水稻基因组中只有OsftsH3/8和OsftsH4/5两个同源基因对。每一类群中的成员在基因外显子-内含子边界分布上表现出高度保守性,在蛋白功能结构域的可变残基上具有偏爱性,而内含子在碱基组成和序列长度上表现出广泛的变异。拟南芥和水稻ftsH基因家族的比较分析为其他物种ftsH基因的特...     

拟南芥IQM1涉及主根生长对茉莉酸甲酯的反应

目的:进一步找出拟南芥钙调素结合蛋白IQM1介导茉莉酸信号转导的证据。方法:比较分析IQM1基因的功能缺失突变体iqm1-1及其野生型幼苗在茉莉酸甲酯(Me JA)处理后的主根长度和JAZ(jasmonate ZIM-domain)家族基因的表达。结果:Me JA抑制iqm1-1及其野生型植株的主根生长,但iqm1-1对Me JA反应的敏感度比野生型弱;与此结果一致,iqm1-1幼苗中几个JAZ基因表达上调。结论:IQM1介导茉莉酸信号转导,参与对植物根生长的调节。     

基于系统基因组学分析揭示早期陆生植物的复杂网状进化关系

植物由水生走向陆生的进化过程中经历了非常复杂的演化,期间产生的大量基因的进化路线可能互不相同,因此仅仅使用系统发育树无法呈现真实的演化关系。系统发育网络图能够清楚地展示包括垂直演化和水平演化在内的复杂网状进化关系。本文选取莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)和4种陆生植物,利用系统基因组学的方法,筛选得到1,668个一对一直系同源基因,重新构建了陆生植物的系统发育网状进化关系。结果发现,使用不同的分析策略所得到的系统发育树不同;对1,668个基因单独分析,发现存在15种不同的拓扑结构;对5个物种筛选得到的直系同源基因进行系统发育网络分析显示,在非常稳健的系统发育网络图中,仅仅5个物种就存在9个不同的分离支,暗示着非常复杂的网状进化关系;而且藻类植物与苔藓植物和石松类植物的分离支之间差异很小,这可能是产生系统发育树冲突的原因之一,也暗示着早期陆生植物发生了复杂的辐射演化。     

拟南芥、水稻和杨树JMJC家族全基因组分析

采用HMMER与BLAST相结合的方法确定拟南芥,水稻和杨树三种模式植物全基因组JMJC蛋白基因个数分别为21,20,24,并对其染色体定位,基因结构,保守功能域进行了系统分析,在系统进化分析基础上,将JMJC家族分为11个亚家族,内含子外显子结构分析与MPSS表达模式分析结果也进一步支持了进化关系研究.本研究有助于揭示植物JMJC基因家族的进化历史,为后续JMJ基因家族的功能提供线索,为进一步研究植物JMJC基因家族提供理论基础。     

Genome‐wide identification,classification and expression analysis of the serine carboxypeptidase‐like protein family in poplar

Previous studies have shown that the serine carboxypeptidase‐like (SCPL) proteins in several plants play a key part in plant growth, development and stress responses. However, little is known about the functions of the SCPL genes in poplar. We identified 57 SCPL genes and divided into 3 subfamilies, which were unevenly distributed on 19 poplar chromosomes. Gene structure indicated that SCPL genes contain more introns, and motifs of each subfamily were relatively conserved. There were a total of 14 pairs of paralogs, with 6 pairs of these paralogs generated by segmental duplication and 1 generated by tandem duplication. In microsynteny analysis, large‐scale duplication events played a key part in the expansion of Carboxypeptidase III genes. Expression of these genes was higher in mature leaf. Quantitative real‐time PCR showed that majority of the SCPL genes were induced by methyl jasmonate (MeJA) treatment. PtSCPL27 and PtSCPL40 were located on the cytomembrane by conducting subcellular localization analysis. Our paper provides a theoretical basis for further functional research of PtSCPL genes and will benefit the molecular breeding for resistance to disease in poplar.     

Evolution of Plant Mitochondrial Intron-Encoded Maturases: Frequent Lineage-Specific Loss and Recurrent Intracellular Transfer to the Nucleus

Among land plants, mitochondrial and plastid group II introns occasionally encode proteins called maturases that are important for splicing. Angiosperm nuclear genomes also encode maturases that are targeted to the organelles, but it is not known whether nucleus-encoded maturases exist in other land plant lineages. To examine the evolutionary diversity and history of this essential gene family, we searched for maturase homologs in recently sequenced nuclear and mitochondrial genomes from diverse land plants. We found that maturase content in mitochondrial genomes is highly lineage specific, such that orthologous maturases are rarely shared among major land plant groups. The presence of numerous mitochondrial pseudogenes in the mitochondrial genomes of several species implies that the sporadic maturase distribution is due to frequent inactivation and eventual loss over time. We also identified multiple maturase paralogs in the nuclear genomes of the lycophyte Selaginella moellendorffii, the moss Physcomitrella patens, and the representative angiosperm Vitis vinifera. Phylogenetic analyses of organelle- and nucleus-encoded maturases revealed that the nuclear maturase genes in angiosperms, lycophytes, and mosses arose by multiple shared and independent transfers of mitochondrial paralogs to the nuclear genome during land plant evolution. These findings indicate that plant mitochondrial maturases have experienced a surprisingly dynamic history due to a complex interaction of multiple evolutionary forces that affect the rates of maturase gain, retention, and loss.