葡萄生长素响应基因家族生物信息学鉴定和表达分析

生长素响应基因家族能调节植物体内生长素平衡和生长素信号途径。文章采用生物信息学方法检索获得葡萄(Vitisvinifera L.)基因组数据库中的生长素响应基因,通过分析其染色体定位、基因共线性和系统进化,发现葡萄基因组含有25个AUX_IAA基因、19个ARF基因、9个GH3基因、42个LBD基因。这些生长素响应基因不均匀分布在葡萄的19条染色体上,部分家族基因在染色体上形成基因簇。葡萄芯片数据结果表明,生长素响应基因在葡萄不同时期的果实和叶芽中均有表达,尤其在果实转色期、叶芽萌发或休眠期表达量急剧变化。研究结果为葡萄生长素响应基因在叶片和果实发育过程中的功能研究提供参考。     

小麦ARF基因家族生物信息学分析及在干旱胁迫下的表达特性研究

植物生长素响应因子ARF(auxin response factor)参与调节了植物的向性运动、顶端优势、微观的分化、侧根和茎的形态发生等众多生理反应,在植物生长发育的整个过程都起到重要调控作用。本研究通过对小麦最新基因组数据进行分析,获得了61个ARF家族基因,命名为TaARFs,根据染色体编号排列为TaARF1~TaARF61,对61个TaARFs基因进行系统生物信息学分析后发现ARF家族基因结构较为复杂,外显子数量从1个到15个变化不等,除了4号染色体和5A和5B染色体之外,其余的染色体均有ARF家族基因分布。ARF家族基因大多包含B3 DNA结构域、ARF结构域(Auxin-resp)和Aux/IAA结构域;同源进化分析表明,小麦ARF家族基因的旁系同源基因数量明显多于大麦和二穗短柄草。通过拟南芥数据库比对获得14个高同源的根系发育相关的小麦ARF家族基因,利用二系杂交小麦京麦6号及父母本根系为试材进行干旱胁迫处理及实时荧光定量PCR(qPCR)筛选。结果表明,7个小麦ARF基因不同程度受到干旱胁迫诱导,其在旱胁迫下的表达量显著高于正常条件下的表达量,可能参与干旱胁迫应答;此外本研究还发现,ARF基因在F1杂交种中表达量显著高于双亲,表现出超亲表达模式,可能参与了根系抗旱杂种优势基因表达调控网络。     

谷子ARF基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素应答因子(ARF,auxin response factors)是一类可以结合在生长素应答基因启动子部位的转录因子,在植物的生长发育中起至关重要的作用。本研究以谷子为材料,共鉴定出24个ARF基因,命名为Si ARFs。利用生物信息学对谷子Si ARFs基因的结构、染色体分布、基因倍增模式、系统进化以及基因的表达模式进行分析。结果表明,Si ARF基因家族在染色体上呈不均匀分布,除2号染色体外,其他染色体上都有该家族基因,基因的扩增模式为分散复制与片段复制。Si ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域,ARF蛋白的3D结构含有3个α螺旋和7个β折叠结构。进化树分析表明谷子ARF蛋白和物种相近的高粱、玉米聚在一起。大多数ARF基因在谷子根、茎、叶和穗中都有表达,且不同基因表达量有较大差异。     

生长素响应因子与植物的生长发育

生长素响应因子(Auxin response factor, ARF)作为一类调控生长素响应基因表达的转录因子, 是生长素研究的重要内容。它可与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合, 促进或抑制基因的表达。文章介绍了植物体内ARF家族的分子生物学近年来的研究进展, 同时也讨论了ARF转录因子的结构、ARF基因的表达调控、ARF在植物生长发育及信号转导中的作用以及ARF对靶基因的调控机制等内容。植物ARF成员都有一定的同源性, 大多含有4个结构域, 在多种组织和器官中都有表达, 其表达受到转录及转录后调控, 并且在介导生长素与其它激素之间相互作用方面扮演重要角色。     

砀山酥梨4CL基因家族的全基因组鉴定与分析

4-香豆酸：辅酶A连接酶(4CL)基因是植物调控木质素代谢、参与类黄酮和其他次生代谢产物合成的关键基因之一,而木质素的合成及聚合在细胞壁沉积导致部分薄壁细胞次生壁加厚形成石细胞。为更好了解砀山酥梨中4CL基因的种类和数量,本文利用砀山酥梨基因组的氨基酸和cDNA数据库对4CL基因家族进行筛选,分析了砀山酥梨基因组中4CL基因的种类、进化关系、物理定位、以及基因结构和保守基序。结果显示在砀山酥梨基因组中发现并初步确定了29个4CL基因,通过基因的定位分析发现除了4、8、11、12号染色体上没有4CL基因之外,其他染色体上都存在4CL基因;并且在9、17号染色体上还存在着基因簇。通过基因结构和进化树之间的比较,进一步确定了基因结构和进化之间的相互联系。研究结果为砀山酥梨4CL基因功能的深入分析奠定了基础。     

大豆生长素响应因子GmARF16参与调节叶片衰老进程

生长素响应因子(auxin response factors,ARFs)通过调节下游靶基因广泛参与植物生长发育过程,但ARFs如何调控植物叶片衰老的分子机制还不清楚。该文首先利用实时荧光定量PCR(q PCR)技术,分析大豆生长素响应基因Gm ARF16在叶片自然衰老、人工黑暗诱导衰老、外源植物生长素IAA处理条件下的表达模式,结果表明,该基因与叶片衰老调控密切相关,并且属于生长素的原初响应基因。为了进一步验证Gm ARF16基因的功能,采用农杆菌转化方法分别获得基因敲减(Gm ARF16-RNAi)和抗降解表达(m Gm ARF16)的转基因大豆植株。与非转基因对照相比,Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株的叶片叶绿素含量和最大光量子效率(Fv/Fm)显著提高,叶片衰老标记基因(Gm CYSP1)的表达受到抑制,而m Gm ARF16转基因大豆植株则呈现出与Gm ARF16-RNAi转基因大豆植株相反的叶片生理表型。结果表明大豆生长素响应因子Gm ARF16正调节叶片的衰老进程。该研究表明,Gm ARF16在植物生长发育进程中发挥着重要作用。     

普通烟草ARF基因家族序列的鉴定与表达分析

ARF(AUXIN RESPONSE FACTOR)基因含有一个B3功能域和具有转录激活或抑制活性的中心功能域,在植物发育过程中起到非常重要的作用。本研究采用生物信息学方法,根据拟南芥ARF基因序列鉴定了普通烟草基因组中的ARF基因,并对家族成员进行了序列特征、系统发生、亚细胞定位和表达模式分析。目前在普通烟草基因组中共得到50个ARF基因成员,其基因结构相对复杂,一般含有10个外显子。亚细胞定位结果表明,少数ARF蛋白定位到线粒体或叶绿体,大多数未检测到定位信号。转录组数据分析表明,ARF基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。这些研究结果为普通烟草ARF基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

萝卜全基因组中LBD基因家族成员的鉴定与分析

LBD基因家族是植物所特有的一类转录因子,在植物生长发育过程中起到非常重要的作用。本研究利用生物信息学方法,从萝卜基因组中鉴定出分布于9条染色体上的59个LBD基因。该家族成员结构比较简单,内含子数均不超过3个。萝卜LBD基因可分为两大类,分别包含50个和9个成员。它们在染色体上的分布不均匀,1号染色体上基因数目最多,有18个,而7号和8号染色体分别仅有1个LBD基因。对它们在不同组织和发育时期的表达模式研究发现,该基因家族具有一定的时空表达特异性,预测其参与萝卜不同的发育过程。本研究为萝卜LBD基因家族的功能分析奠定了基础。     

毛果杨GATA基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

GATA转录因子基因家族在植物生长发育、细胞分化以及响应环境变化中具有重要作用。然而,目前在木本植物中尚无该基因家族全基因组水平的分析报导。本项研究从基因组水平对毛果杨GATA家族成员的数量、基因结构、染色体定位、系统进化、编码蛋白的理化特征和保守基序等信息进行了系统分析,结果表明,毛果杨GATA家族包含39个基因,共分布于15条染色体上,其中5号染色体上含有6个基因,9号、13号和19号染色体含有基因数量为1,其余染色上无基因分布。该家族各基因的结构与编码蛋白的基本特性均存在一定异性,可分成4个亚族。qRT-PCR研究表明,GATA家族各基因在不同发育阶段的茎部表达量存在明显差异,且盐胁迫对各基因的表达特性影响显著。以上结果表明,毛果杨GATA家族基因在复制后,基因的结构与功能产生了明显分化,其中部分基因在毛果杨次生生长与盐胁迫响应中可能具有重要作用。本项研究为全面解析毛果杨GATA家族各成员在其生长发育与盐胁迫响应中的生物学功能奠定了基础。     

拟南芥金属蛋白酶FtSH4通过生长素与活性氧调控叶片衰老

植物金属蛋白酶Ft SH基因家族在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中有12个成员,目前各基因的功能还不清楚。该文利用细胞生物学和遗传学方法初步分析了拟南芥FtSH4在叶片衰老中的功能。ftsh4-4突变体叶片中H_2O_2含量及细胞死亡率增加,叶绿素含量降低;此外,突变体中过氧化物酶基因表达上调,过氧化物酶活性增加,出现早衰表型。外源抗氧化剂As A、内源和外源生长素能够通过降低ftsh4-4体内H_2O_2含量、过氧化物酶基因的表达及过氧化物酶活性,恢复ftsh4-4叶片的衰老表型。ftsh4-4突变体中生长素响应因子基因ARF2和ARF7上调表达,外源生长素和抗氧化剂能够降低ARF2和ARF7的表达,并且ARF2突变能够降低ftsh4-4的H_2O_2含量并恢复其早衰表型。以上结果表明,FtSH4基因通过生长素与活性氧在调控植物叶片衰老中起重要作用。     

葡萄SAUR基因家族鉴定与生物信息学分析

为了研究葡萄早期应答生长素基因SAUR(Small auxin-up RNA)家族,本研究利用全基因组信息鉴定了葡萄64个SAUR家族成员,并对SAUR家族成员的基因结构、氨基酸特性、染色体定位、基因进化、基因功能以及组织表达进行分析。结果表明,葡萄全基因组上64个SAUR家族成员在19条染色体中的8条染色体上呈现簇状分布,主要分布在3、4号染色体上,其中3号染色体上数量最多为37个;葡萄SAUR家族基因长度较短,有59个基因是无内含子基因;蛋白理化特征分析显示,多数SAUR蛋白呈碱性,结构稳定性较差,蛋白脂溶指数高,呈亲水性;基因功能预测结果表明,葡萄SAUR基因主要担当生长因子、结构蛋白、转录、转录调控以及响应胁迫应答和免疫应答6种功能,其中更多参与生长调节功能;根据系统进化分析将其分为10个分支,另外不同组织表达谱的分析结果表明SAUR基因家族成员具有不同的组织表达模式,对于非生物胁迫具有一定的调节作用。这些信息为葡萄SAUR基因家族功能分析奠定了一定的工作基础。     

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。     

ARF和Aux/IAA调控果实发育成熟机制研究进展

生长素是调控果实发育成熟的重要植物激素之一。在生长素介导的信号转导机制中,ARF和Aux/IAA扮演重要的角色。ARF与生长素响应基因启动子区域内的生长素响应元件结合,促进或抑制基因的表达。Aux/IAA通过结构域Ⅲ和Ⅳ与ARF特异性结合,从而调节生长素早期应答基因的转录功能。研究表明,ARF因子参与调控果实形态发育、硬度和糖分积累等,Aux/IAA因子在授粉、果实形态发育等方面作用明显。此外ARF和Aux/IAA之间相互或与自身发生的互作以调控下游基因表达是植物体响应生长素信号的主要机制。介绍了ARF和Aux/IAA的结构特征、在不同植物中的分布状况以及与果实发育成熟的关系,同时讨论了ARF和Aux/IAA互作的研究现状,旨为进一步阐明生长素调控果实发育成熟的机制提供参考。     

植物生长素反应因子研究进展

生长素反应因子（ARFs）是植物生长和发育的重要调节因子,在生长素早期反应蛋白（Aux／IAAs）的参与下,通过和生长素反应基因启动子区AuxRE元件的JTGTCTC序列结合,共同调控这些基因的表达。近年来关于生长素反应因子的分子结构和ARF与Aux／IAA的相互作用及其对植物生长和发育的影响、作用的靶基因以及分子机制受到人们的重视,并在这些方面做了大量的研究。     

拟南芥突变体在生长素信号传导中的研究进展

近年来,在植物激素的信号传导研究上已取得突破性进展.生长素的信号传导通路研究除了在生长素结合蛋白(ABP)上有所进展外,在生长素应答基因(Aux IAA),生长素调节因子(ARF)以及感应突变体的研究上也取得较大进展.对生长素运输通路及PIN1蛋白的功能和其抑制剂的研究也使对生长素信号传导的认识更清楚.生长素应答基因(Aux IAA)是生长素处理后快速诱导的基因.Aux IAA蛋白具有组织特异性(例如SAU蛋白)可以用来研究外源激素对植物生长发育的影响.生长素调节因子(ARF)与生长素应答基因的启动子序列具有特异性结合,Aux IAA蛋白与生长素调节因子(ARF)相互作用,并引发一系列蛋白质降解.使用转基因的拟南芥突变体,能有效地研究生长素在植物体内的特异性分布.借助运输载体抑制剂,可以对生长素的极性运输有更深入的了解.已经证明PIN蛋白参与生长素运输并与肌动蛋白有关.而且生长素参与了赤霉素介导的植物伸长反应.     

海岛棉WRKY转录因子的全基因组鉴定及响应黄萎病菌侵染的表达分析

WRKY蛋白是植物中一类重要的转录因子,其在很多生物过程中都发挥有重要作用。目前,关于海岛棉(Gossypium barbadense L.)WRKY转录因子的研究相对较少。本研究利用生物信息学方法在海岛棉基因组中鉴定出180个WRKY转录因子(GbWRKY)。根据基因结构及系统进化关系,可将GbWRKY基因分为3组(I～III),II组又可细分为5个亚组(IIa～IIe)。GbWRKY基因在染色体上分布不均匀。基因重复事件分析表明,全基因组复制及区段重复事件是GbWRKY基因数量增多的主要原因。表达分析发现,有61个GbWRKY基因在黄萎病菌(Verticillium dahliae)侵染条件下呈现差异表达,表明它们在黄萎病菌胁迫应答过程中发挥作用。本研究结果揭示了海岛棉WRKY转录因子的结构、进化及表达特征,为进一步研究棉花WRKY基因的功能提供了理论指导。     

水稻两个frr基因的结构、转录特性及同源性分析

对水稻中两个核糖体再循环因子同源基因OsfrrA和OsfrrB进行了鉴定与分析.这两个单拷贝基因分别位于水稻的4号和7号染色体上,且在细胞器基因组中未发现同源序列.它们在不同组织中的转录特性及其蛋白质产物的N端特征提示其翻译产物会被各自转运并分别定位于线粒体和叶绿体中,而序列上的保守性及构成性的表达则表明它们在植物生长中扮演着重要的角色.它们与其它原核及真核RRF之间在基因结构及编码序列上的异同为内共生学说提供了新的证据,也揭示了RRF在分子进化研究方面所具有的潜在价值.     

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。     

小麦生长素结合基因 TaABP1-D的定位表达及染色体定位

生长素影响了植物生长发育的诸多过程。生长素结合蛋白 ABP1 (auxin binding protein) 作为一种生长素受体,在质膜上生长素诱导的快速反应中起重要作用。小麦中已经克隆得到了TaABP1-D,但其在细胞中的作用位置以及在染色体定位情况仍不明确。本实验利用洋葱表皮细胞瞬时表达系统对小麦生长素结合基因 TaABP1-D进行亚细胞定位,表明TaABP1-D蛋白为膜蛋白,存在于细胞质和细胞膜中;同时利用中国春缺体-四体材料和信息学方法,将TaABP1-D定位在小麦5D染色体长臂的近着丝粒位置上,距两侧EST标记BE490079和BE405060的遗传距离分别为0.51 cM和0.28 cM。     

葡萄BRX基因家族生物信息学分析

BRX基因家族是一类植物特有的转录因子家族,在拟南芥中参与调节根细胞的增殖与伸长。利用生物信息学方法对葡萄基因组中存在的BRX基因家族进行了电子克隆,并对其进行了基因组的定位、蛋白质的结构、理化性质、二级结构及亚细胞定位的预测与分析,并对其与其它植物进化的亲缘关系进行了研究。基因组定位结果发现:葡萄基因组中6个BRX基因集中分布在3条染色体上,其中Vv BRX1和Vv BRX2分布在第2条染色体上,Vv BRX3和Vv BRX4分布在第9条染色体上,Vv BRX5和Vv BRX6分布在第11条染色体上;编码蛋白的氨基酸数目为360~560个,Vv BRX5的相对分子量(61 884.4)和理论等电点(9.38)均最大,而Vv BRX1的相对分子量(40 239.1)和理论等电点(6.23)均最小。研究显示,不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间存在一定的差异,但都为疏水性蛋白;α-螺旋和无规则卷曲为6个BRX氨基酸序列的主要组成部分;均不存在跨膜域及信号肽。基因结构分析表明,6个BRX基因都含有外显子和内含子结构。亚细胞定位分析表明:6个Vv BRX基因均定位于细胞核。系统进化分析结果表明,Vv BRX1、Vv BRX2基因与胡杨的亲缘关系最近,相似性达96%;Vv BRX3、Vv BRX4与蓖麻、麻疯树、柑橘、可可、大豆聚为一类,说明其进化关系较近;Vv BRX5与其它Vv BRX基因明显分开;Vv BRX6基因与莲的亲缘关系最近。试验结果为葡萄BRX基因家族的克隆和功能分析奠定了一定的研究基础。