桃漆酶基因家族鉴定及其与冷害褐变的关系

为研究桃果实漆酶(PpLAC)基因家族成员的功能,利用生物信息分析方法对桃果实LAC基因成员进行鉴定,分析不同品种桃果实低温贮藏和外源γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)处理下的表达模式及其与冷害褐变的关系,为桃果实抗冷害褐变机制提供理论依据。研究从桃果实基因组筛选了26个漆酶基因,这些漆酶基因分布于6条染色体上,含有5–7个外显子,基因结构和保守基序较为相似。根据聚类分析结果将桃果实PpLAC基因家族成员分为7个亚族。通过良方水蜜桃、湖景水蜜桃以及外源GABA处理组的转录组测序结果分析,发现PpLAC7、PpLAC9在低温贮藏下表达量呈上升模式,且与褐变指数呈现相同的趋势。GABA处理组减轻桃果实褐变程度,且PpLAC7、PpLAC9的表达也被抑制,推测PpLAC7、PpLAC9可能与桃果实冷害褐变有关。     

中华猕猴桃GRAS基因家族鉴定及低温胁迫表达分析

GRAS基因家族广泛参与植物生长和逆境响应，而低温是制约猕猴桃生产和分布的重要因素之一，鉴定猕猴桃GRAS基因家族，分析其在低温胁迫中的表达情况，为猕猴桃的抗寒研究和品种选育提供理论依据。以中华猕猴桃‘红阳’基因组为参考进行GRAS家族保守结构域比对，通过对鉴定到的家族成员进行系统进化树、蛋白理化性质、基因结构、蛋白三级结构、蛋白质motif、顺式作用元件、共线性、密码子偏好性和基因表达模式等进行分析。结果表明，猕猴桃基因组共存在79个GRAS家族成员，分属于8个亚家族，且各亚家族基因、蛋白结构有所差异。顺式作用原件分析显示该家族基因参与多种植物激素、生长发育以及胁迫响应。密码子偏好性分析发现，该家族密码子第3位碱基更偏好使用嘧啶类碱基（G/T）。鉴定到6个基因可能参与猕猴桃低温胁迫过程，并进行荧光定量PCR验证了该猜测。该研究补充了猕猴桃GRAS基因家族鉴定分析的空白，为猕猴桃抗寒研究奠定分子基础。     

蒺藜苜蓿多聚半乳糖醛酸酶基因家族的全基因组分析

多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonases,PGs)是一种果胶水解酶,参与果实成熟、器官脱落、花粉成熟等多个植物发育过程。采用相似性比对和结构域搜索方法,从蒺藜苜蓿基因组中共鉴定出74个MtPG基因。根据系统进化关系将其分为6个亚家族,分别包含9、7、4、11,18和25个MtPG基因家族成员。染色体定位分析发现,MtPG基因在蒺藜苜蓿的8条染色体上呈现不均匀分布,每条染色体上分布有2-16个MtPG基因;同时,基因组复制分析结果显示,蒺藜苜蓿的PG基因家族成员之间存在大量的基因复制。最后,通过蒺藜苜蓿的高通量测序数据分析发现,MtPG基因家族广泛地在根部、结瘤、叶片、芽,心皮和花等组织中表达。根据它们在不同组织中表达水平,将31个MtPG基因聚类为4组,分别探讨了四组基因在蒺藜苜蓿组织器官分化中表达模式,重点解析了它们在花器官发育以及根部组织分化中可能的调控机制,这将为进一步研究蒺藜苜蓿MtPG基因家族成员的基因功能提供了理论基础。     

黄瓜IQD/SUN基因家族全基因组鉴定及分析

黄瓜果型是非常重要的外观商品性状,CsSUN是调控黄瓜果型的关键基因。为了明确SUN基因家族在黄瓜中的潜在功能,本研究对其成员进行了全基因组鉴定,分析了黄瓜SUN基因家族成员及其编码蛋白的结构,比较了黄瓜、拟南芥和番茄SUN基因家族的进化关系,并明确了黄瓜SUN基因家族在染色体上的分布和组织表达特异性。结果表明:黄瓜SUN基因家族包含28个成员,编码的蛋白均含有IQD结构域,其核心基序为IQ基序(IQxxxRGxxxR)。黄瓜SUN基因家族成员在果实和根中表达的数量较多,在茎和卷须中表达的较少。本研究为深入研究SUN基因家族各成员在黄瓜中的作用提供了一定的理论依据。     

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。     

尖孢镰孢菌果胶裂解酶基因家族鉴定及侵染表达模式分析

【背景】番茄枯萎病是番茄生产中常见的土传真菌病害。【目的】为鉴定番茄枯萎病基因组果胶裂解酶基因家族,明确该基因家族在侵染过程表达模式。【方法】采用生物信息学方法鉴定了番茄枯萎病尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici)基因组内PEL基因家族,并分析了基因结构、染色体定位及三级结构,同时利用荧光定量PCR分析了FoPEL1-16基因在接种番茄根系的表达情况。【结果】番茄尖孢镰孢菌基因组内PEL基因家族成员有16个。氨基酸序列长度在163-548个氨基酸,信号肽长度在16-21个氨基酸。染色体定位分析表明16个基因在染色体上分布不均,分别定位在7条染色体上。根据基因结构和保守基序分析结果 16个基因可分为4类。进化分析表明该基因家族成员可聚成4支。三级结构预测结果显示同一家族存在相似结构域。荧光定量PCR分析结果表明Fo PEL基因在侵染过程表达水平明显上升。【结论】番茄尖孢镰孢菌基因组内果胶裂解酶以基因家族形式存在,其基因结构存在差异暗示了其功能多样性;FoPEL基因在侵染过程表达明显增强,说明其参与病原菌的致病性。本研究为解析尖孢镰孢菌致病基因功能分析及寄主病原互作提供了重要理论基础。     

葡萄CHS和STS基因家族生物信息学鉴定和表达分析

查尔酮合成酶(CHS,chalcone synthase)是植物体类黄酮类化合物合成的第1个关键酶和限速酶,它能够催化丙二酰-Co A和对香豆酸-Co A合成柚皮素查尔酮。二苯乙烯合成酶(STS,stilbene synthase)是芪类化合物合成路径的关键酶,与查尔酮合成酶有共同的作用底物,二者具有很高的相似度。为更好地了解葡萄中CHS和STS基因的种类和数量,本研究采用生物信息学方法检索获得葡萄(Vitis vinifera L.)基因组数据库中的CHS和STS基因,通过分析其染色体定位、系统进化和保守基序,发现葡萄基因组可能含有33个STS基因,9个CHS基因,这些基因集中分布在6条葡萄染色体上,部分家族基因在染色体上形成基因簇。葡萄CHS和STS基因家族蛋白长度、基因结构和蛋白基序非常保守,具有很近的进化关系。葡萄芯片数据结果表明,葡萄CHS和STS基因在葡萄果实不同发育时期的果皮和果肉中均有表达,尤其葡萄CHS GroupsⅢ亚家族基因在葡萄果皮中大量表达。葡萄STS基因家族在果实中的表达量较低,部分探针在葡萄果实成熟期的果皮中表达量急剧增加。本研究结果可为葡萄CHS和STS基因在果实发育过程中的功能研究提供参考。     

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。     

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。     

大豆CHX基因家族全基因组鉴定与生物信息学分析

阳离子质子转运体(CHX, cation/H~+exchanger)基因家族属于CPA2 (cation proton antiporter 2)超家族基因,其N端有一个Na~+/H~+exchanger结构域,主要通过参与植物体内阳离子和质子的转运调控众多的生物学过程。本研究通过生物信息学手段,在全基因组水平上筛选鉴定出40个大豆CHX基因。染色体定位分析表明大豆CHX基因分布在19条不同的染色体上,进一步基因同线性分析表明大部分基因是通过基因复制而来;通过对其进行系统发生分析,将40个大豆CHX基因分为5个亚家族;通过对基因结构和保守基序分析表明各组内的基因在基因结构和保守基序上比较保守;利用大豆组织表达数据分析表明,CHX基因主要表达在花中。     

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。     

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。     

猕猴桃Aux/IAA基因家族的鉴定与表达

在猕猴桃全基因组范围内鉴定生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)基因家族,利用生物信息学方法分析其理化性质、结构特征及共线性关系等,并采用实时荧光定量PCR分析Aux/IAA家族基因在不同组织及部分家族成员在外源激素胁迫下的表达模式,为揭示该家族基因在猕猴桃发育过程中的功能奠定基础。结果表明:(1)猕猴桃基因组含有50个Aux/IAA家族基因,编码氨基酸序列介于125~391 aa,蛋白分子量介于14.06~42.48 kD,等电点介于4.33~9.51;Aux/IAA家族基因不均匀的分布于21条不同染色体上,且分布最多的23号染色体上含有11个基因;聚类分析将其分为9个亚族。(2)大部分Aux/IAA家族基因含有4个不同的保守结构域,多数成员均含有Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ结构域,部分基因缺失Ⅰ结构域;基因结构分析表明该家族基因包含1~5个内含子;基因组内序列分析发现该家族基因含有23对重复基因对,包括20对片段重复和3对串联重复;与拟南芥的组间共线性分析发现有36个基因与拟南芥基因存在共线性关系。(3)亚细胞预测显示该家族基因大部分定位于细胞核;启动子顺式作用元件分析发现该家族启动子包含光、激素以及响应生物与非生物胁迫等相关作用元件。(4)实时荧光定量PCR分析表明,Aux/IAA家族基因有组织表达特异性,各成员对外源激素响应的时间和强度不同,绝大多数基因在激素处理的早期下调表达,而AcIAA1a和AcIAA18a相对表达量呈现上调表达,响应模式的差异也说明了Aux/IAA家族各个基因在调控猕猴桃发育过程中功能上的差异性。研究认为,猕猴桃Aux/IAA家族基因具有功能多样性,且存在基因复制现象的基因部分表现出组织表达模式相似性,推测在功能上可能有冗余,在进化过程中该基因可能受到环境胁迫而导致序列的缺失或基因复制。     

大豆GeBP转录因子基因家族的生物信息学分析

GeBP转录因子调控植物表皮毛的生长发育,并且参与控制植物叶片的发育。该文利用生物信息学方法,在大豆全基因组范围内搜索GeBP基因家族,并从氨基酸理化性质、基因结构、染色体的物理分布、系统进化、序列比对、功能结构域、组织表达情况等基本特征方面对GmGeBP基因家族进行分析。结果表明:(1)共获得9个GmGeBP转录因子基因家族成员,其中仅2个基因含有内含子,且都只有1个内含子,表明该家族成员基因构造比较简单但稳定。(2)GmGeBP编码的蛋白分子量为39.65~49.24 kD,理论等电点为4.65~9.08;这些成员基本上都是酸性氨基酸,属于亲水性、不稳定蛋白。(3)这9个基因不均匀的分布于7条染色体上,10和20号染色体上分别分布2个GeBP基因,3、5、13、15、19号染色体上各分布1个基因。(4)系统进化分析表明,大豆与拟南芥对应的GeBP成员亲缘关系较近,分别聚类到4个分支,而与水稻的距离较远。(5)结构域分析表明,9个GmGeBP成员都包含DUF573结构域,推测该部分在GeBP转录因子中很可能是与靶标基因顺式作用元件互作的结构域。(6)通过分析大豆GmGeBP转录因子基因家族的组织表达,发现不同基因在大豆不同组织的表达量不同,具有一定的特异性。该文对大豆GeBP转录因子基因家族的分析和鉴定为进一步研究大豆表皮毛发育的分子作用提供了理论基础。     

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。     

中华猕猴桃基因组可变剪接事件鉴定及分析

可变剪接使一个基因能产生多种m RNA成熟体,极大地增加蛋白多样性.采用中华猕猴桃基因组数据做参考数据,利用中华猕猴桃叶片和果实3个不同发育时期(未成熟、半成熟和成熟期)的转录组数据,从中华猕猴桃基因组(39040个基因)中共鉴定出11651个基因(占总基因数的29%)对应的32180个可变剪接事件.在可变剪接不同类型中,内含子保留类型的发生频率最高,占50%以上;3′可变位点类型频率约为5′端可变类型的2倍.GO富集分析结果表明,可变剪接的基因主要富集于酶调控及核苷酸结合相关功能的GO类别中,而组织特有可变剪接基因功能富集热点与组织的重要功能关联,叶片多为肌动蛋白及微管相关;未成熟果实与双组分信号系统相关;半成熟果实多与磷脂合成过程相关;成熟果实多与信号传递过程相关.另外,55.6%的维生素合成相关基因发生可变剪接事件,显著高于基因组水平的29.6%,暗示着可变剪接参与维生素合成相关基因代谢过程中的重要作用.通过对中华猕猴桃全基因组可变剪接的分析,为解析中华猕猴桃基因组及进一步开展相关分子育种工作提供依据.     

斑点叉尾鮰Cbx基因家族的全基因组鉴定与进化分析

利用Cbx家族基因高度保守的Chromo结构域氨基酸序列作为种子序列,检索斑点叉尾鮰(Ictalurus punetaus)基因组注释的蛋白数据库,共鉴定分离出14个Cbx基因。并在全基因组水平对斑点叉尾鮰Cbx基因家族进行了保守结构域序列、进化、基因结构、染色体定位的系统分析。本研究中鉴定出的斑点叉尾鮰Cbx家族基因蛋白序列与已知的人类、小鼠、鸡、斑马鱼等物种Cbx蛋白序列构建系统进化树。根据系统进化树分析结果,14个斑点叉尾鮰Cbx基因分成两个亚族,5个隶属于Hp1s亚族,9个隶属于PcGs亚族。Cbx基因主要分布于斑点叉尾鮰7条染色体中,且呈不均匀分布。本研究对于后续斑点叉尾鮰Cbx基因家族深入的功能验证及分子作用机制研究具有重要的意义,也为日益丰富的水产基因组资源的挖掘利用提供了参考。     

茄子自噬相关基因ATG8家族鉴定及表达分析

自噬相关基因ATG8在调节植物生长发育和胁迫响应中发挥着关键作用。本研究通过生物信息学技术分析ATG8在茄子基因组中的分布、结构及进化等,并研究了其在茄子不同组织、外源激素和冷处理下的表达情况。结果表明,从茄子基因组中共鉴定到7个ATG8基因,分布在6条染色体上。理化性质分析显示茄子ATG8基因编码的蛋白包含118~166个氨基酸残基,等电点在6.29~9.16之间;基因结构和保守基序分析表明,ATG8基因家族成员具有保守的基因结构和蛋白基序;启动子区域含有多种激素响应和逆境响应的顺式作用元件;茄子中有3对ATG8基因存在共线关系;茄子与拟南芥和番茄ATG8基因家族成员间分别存在10和11对共线关系。组织表达分析表明茄子ATG8主要在不同的花器官中表达,表明其可能与茄子花发育有关;此外,表达模式分析结果显示7个茄子ATG8基因对冷胁迫和ABA、MeJA、SA等外源激素均有不同程度的响应,表明ATG8基因家族在茄子生长发育、胁迫和激素响应中具有重要的功能。     

甘蓝型油菜扩展蛋白家族的全基因组鉴定及其对缺硼胁迫响应的差异分析

以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)硼高效品种‘青油10号’和硼低效品种‘Westar 10’为研究对象,采用生物信息学分析、转录组测序和实时荧光定量PCR技术,鉴定其基因组中扩展蛋白的家族成员,并对该基因家族响应缺硼胁迫的表达差异进行分析。结果显示,甘蓝型油菜基因组中包含109个扩展蛋白,可分为4个亚家族,包括:79个扩展蛋白A(BnaEXPAs)、21个扩展蛋白B(BnaEXPBs)、5个类扩展蛋白A(BnaEXLAs)和4个类扩展蛋白B(BnaEXLBs)。同一亚家族中的扩展蛋白具有相对保守的基因结构和蛋白质基序组成。这些扩展蛋白基因分布在19条染色体上,其中10个位于硼高效QTL区间内。转录组测序分析结果表明,缺硼胁迫时‘青油10号’的根、幼叶和老叶中分别有40、18和30个扩展蛋白基因显著上调或下调表达;而‘Westar10’中分别有27、24和41个扩展蛋白基因显著上调或下调表达。其中‘青油10号’根中的BnaC04.EXPA6a,幼叶中的BnaA09.EXPA5以及老叶中的BnaA09.EXPA16、BnaC04.EXPA3、BnaCnn.EXPA5b和BnaA03.EXPA8基因的表达水平均显著高于‘Westar10’。研究结果说明甘蓝型油菜基因组中扩展蛋白基因家族数量庞大,其中高、低效品种间和不同硼水平中差异表达的扩展蛋白可能在甘蓝型油菜低硼适应性中发挥重要作用。     

硬毛粗盖孔菌过氧化氢酶家族基因鉴定及表达分析

硬毛粗盖孔菌是一种结实能力强的耐热真菌,为了探究其过氧化氢酶(CAT)基因家族的基本特征和功能,分别对不同交配型单核体Ct001_29和Ct001_31基因组的CAT基因家族进行了鉴定,并分析了不同CAT家族基因在不同温度条件下培养的菌丝、原基和子实体中的表达特征。硬毛粗盖孔菌基因组上有3个CAT基因(Ctcat1-Ctcat3),编码510-743个氨基酸;Ctcat1、Ctcat2和Ctcat3的等位基因之间的结构及序列相对保守,但编码区也存在少量SNP变异(6-14个)。在25 ℃培养菌丝和35 ℃培养菌丝、原基及子实体中,35 ℃菌丝的CAT酶活最高,为278 U/mg蛋白,原基期CAT酶活最低,为4 U/mg蛋白。Ctcat2的表达丰度显著高于Ctcat1和Ctcat3,Ctcat1和Ctcat3具有相似的表达模式,在35 ℃菌丝、原基和子实体中均上调表达;而Ctcat2具有相反的表达模式,在35 ℃菌丝、原基和子实体中均下调表达。此外,Ctcat2在原基时期、Ctcat3在25 ℃菌丝和35 ℃菌丝中具有偏好表达,Ct29cat2和Ct29cat3的表达量均高于各自的等位基因。本研究所发现的CAT等位基因表达偏好为进一步揭示大型真菌CAT的基因功能奠定了基础。