毛竹SWEET基因家族的全基因组鉴定与分析

糖外排转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporters, SWEETs)在植物生理活动和发育过程中起重要作用。为探究SWEET基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)的生长发育过程中起的作用,基于毛竹基因组数据,通过生物信息学方法对SWEET基因家族成员进行鉴定,并对其编码的蛋白质理化性质、系统进化及共线性关系、基因结构、启动子元件及表达模式、蛋白互作网路分析、GO注释等进行细致分析。研究结果表明:该家族基因结构、基序和结构域相对保守,所有成员均含有MtN3_slv结构域。上游启动子序列中含有多个同非生物胁迫以及生长发育相关元件,结合转录组表达量分析显示,多个家族成员在毛竹不同组织器官均有表达。共线性分析揭示毛竹SWEET家族在演化过程中存在全基因组多倍化事件。蛋白互作网路分析挖掘出2个重要核心家族成员,GO注释分析进一步证实毛竹SWEET主要负责体内糖类物质的转运。以上结果为毛竹SWEET基因功能鉴定提供了重要参考,对于毛竹快速生长分子机制研究打下了基础。     

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。     

西瓜含有JmjC结构域的组蛋白去甲基化酶家族的生物信息学分析

利用生物信息学方法,对西瓜（Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.&Nakai）JmjC基因家族的成员进行鉴定,对该基因家族的染色体定位、基因结构、蛋白结构域、选择压力和酶活位点进行分析,并对该基因家族与其它物种的系统进化及共线性关系进行研究。结果显示：西瓜全基因组含有17个JmjC候选基因,核苷酸序列长度为1209~5541 bp;这些基因均含有JmjC结构域,分别位于9条染色体上,归属8个亚族。系统进化、选择压力以及共线性分析结果表明,西瓜与黄瓜（Cucumis sativus L.）亲缘关系较近,JmjC家族基因数量相同,其中14个成员呈现一对一的共线性关系;而西瓜与拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.）Heynh）亲缘关系较远,但西瓜和拟南芥同一亚族中JmjC基因间K_a/K_s的比值均小于1,推测西瓜各个亚族成员的编码蛋白功能与同一亚族的拟南芥成员功能极为相似。酶活位点分析结果表明西瓜JmjC基因家族中有10个成员具有潜在的组蛋白去甲基化酶活性。     

七鳃鳗KCTD基因家族成员全基因组鉴定及进化分析

钾离子通道四聚化结构域(KCTD)蛋白基因家族是一个保守的基因家族,该家族成员的共同特征是具有一个含有BTB保守结构域的N-末端和一个可变的C-末端。KCTD基因的突变或不正常调控与人类多种疾病相关。七鳃鳗是现存最原始的脊椎动物,作为联系无脊椎动物和脊椎动物之间的桥梁,在生物进化研究中占有重要地位。本研究通过对海七鳃鳗(Petromyzon marinus)和日本七鳃鳗(Lethenteron japonicum)基因组和转录组数据分析,全面系统地鉴定了海七鳃鳗和日本七鳃鳗KCTD基因家族成员,并对其基因结构特征、蛋白保守基序和基因表达模式进行了分析。在海七鳃鳗和日本七鳃鳗中分别鉴定出13个和14个KCTD基因,基因长度和外显子数目在不同KCTD基因间变化很大,KCTD蛋白中4个基序保守性显著,大多数KCTD基因呈泛表达模式,并且在胚胎发育时期明显高表达。除七鳃鳗外,对12个无脊椎动物和脊椎动物代表物种KCTD基因家族成员进行了鉴定,并对KCTD基因家族成员的进化关系进行了分析。根据进化树聚类情况,将KCTD基因家族成员分为11个亚家族。进化分析结果显示,KCTD基因家族从低等的无脊椎动物线虫和果蝇到高等的人类都存在;线虫中仅有5个成员,果蝇中有8个成员,随着物种进化程度由低到高,KCTD家族成员数目呈现增加的趋势;从爬行类开始,脊椎动物KCTD基因数目稳定在24个左右。硬骨鱼类特有的全基因组复制事件影响鱼类KCTD基因数目。本研究结果不仅丰富了七鳃鳗KCTD基因家族信息,同时也对KCTD家族基因间的进化关系进行了探究,为深入研究该家族基因功能提供了一定的依据。     

辣椒疫霉MAPK基因家族的鉴定及生物信息学分析

[目的]筛选鉴定辣椒疫霉MAPK基因家族的成员,探讨其基因结构、功能域分布和进化关系。[方法]以辣椒疫霉基因组数据库为平台,搜索MAPK家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构、蛋白功能域及系统进化进行分析。[结果]辣椒疫霉MAPK家族包含16个基因,且在基因组中随机分布,每个基因都含有高度保守的激酶结构域;其中5个不含内含子,4个为非典型磷酸化唇序列,3个含有PH、WW、EF-H等与细胞信号转导相关的功能域;在进化关系上,辣椒疫霉MAPK较真菌相对独立。[结论]首次对辣椒疫霉MAPK基因家族进行鉴定和生物信息学分析,该家族共有16个成员,含有激酶结构域、磷酸化唇序列及信号转导相关蛋白功能域,进化上独立于真菌。     

芸薹属(Brassica napus,B.rapa,B.oleracea) CAMTA3基因家族的鉴定及生物信息学分析

芸薹属(Brassica)植物(甘蓝型油菜,白菜,甘蓝)是重要的经济作物,它们之间的关系可用禹氏三角表示.CAMTA是在进化过程中高度保守的一类转录因子家族,该家族成员在芸薹属植物抗逆境胁迫过程中具有重要作用.为了探讨芸薹属CAMTA3基因家族的功能,本研究利用生物信息学手段,鉴定了芸薹属(白菜,甘蓝和甘蓝型油菜)CAMTA3基因家族的8个基因,并从蛋白质的理化性质、家族进化与基因结构和上游启动子等方面进行了分析研究.分析表明,芸薹属CAMTA3基因家族8个成员在进化过程中具有较高的保守性,其亲缘关系与禹氏三角理论相符,且各成员在植物响应抗胁迫过程中占重要地位.研究结果为芸薹属CAMTA3基因家族的功能研究提供了一定的信息基础.     

蜂王浆主蛋白研究进展

作为社会性昆虫，蜜蜂是研究社会行为和学习记忆的理想模式生物。王浆主蛋白（Major royal jelly protein, MRJP）是蜂王浆中蛋白质的主要成分，该家族一共有9个成员，MRJP1~MRJP9。所有mrjps均以串联排列的形式位于蜜蜂11号染色体上一个大约60 kb的DNA片段上。mrjp的同源体也存在于其他的膜翅目昆虫，均是通过yellow进化而来的。随着不断地进化，MRJPs家族进化出许多重要功能，其中最主要的就是营养功能。本文从MRJPs家族的基因及蛋白质结构、mRNA表达情况、进化和功能等方面进行综述，为今后开展相关研究提供理论支持。     

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。     

脊椎动物Sox基因家族的系统发生分析

脊椎动物Sox基因是一类高度保守的基因家族,它们编码一类转录因子,参与多种发育过程的调控,这个家族的共有特征是Sox蛋白具有一个约79个氨基酸,可与DNA特异结合的HMG盒区,该基因家族成员众多复杂,对它们的基因结构,功能及进化关系的研究有助于对该基因家族的全面认识,利用已克隆的全部脊椎动物全长核苷酸／蛋白质数据,对这些数据进行序列比对及进化树的构建,分析Sox基因家族成员的分类及分子进化模式。     

萝卜TALE转录因子家族的鉴定与分析

TALE (three-amino acid loop extension)转录因子在植物生长发育及细胞分化过程中起重要作用。在多种植物中均已鉴定出TALE转录因子的家族成员,但是萝卜TALE转录因子家族的研究鲜有报道。文中通过生物信息学手段在象牙白萝卜全基因组中鉴定出了分布于9条染色体上的33个TALE家族基因。研究结果显示,该家族中除与拟南芥KNATM同源的基因Rsa10037940外,其余基因均含有编码HOX保守结构域的序列。这些基因含有4–6个外显子。萝卜的33个TALE基因与拟南芥中的17个同源基因存在共线性关系。33个TALE基因启动子区的顺式元件中包含大量逆境响应元件。表达特性分析显示,该基因家族BELL亚家族内有4个基因在根内表达量较高,KNOX亚家族内有2个基因在薹和愈伤中表达量较高。该家族不同亚型成员之间的蛋白3D结构高度相似。编码蛋白均为弱酸、有亲水性。萝卜TALE基因家族在进化上较为保守,分化上与拟南芥存在一致性,与水稻差异较大。本研究为开展萝卜中TALE转录因子的生物学功能研究提供了重要参考。     

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。     

玉米SAUR基因家族的鉴定与生物信息学分析

为研究玉米早期应答生长素基因SAUR(Small auxin-up RNA)家族,本研究采用全基因组信息鉴定出91个玉米SAUR基因,命名为ZmSAUR。SAUR家族成员基因结构、氨基酸特点、染色体定位及基因进化分析表明,SAUR基因家族在染色体上呈现不均匀分布,其中2号染色体上数量最多为22个,基因的扩增模式为分散复制与片段复制。SAUR基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的Rna DNA结构,SAUR蛋白的3D结构含有3个α螺旋和3个β折叠。根据多物种SAUR蛋白进化树分析将其分为9个分支,并分析发现玉米与物种相近的谷子聚在一起。这些信息为玉米SAUR基因家族功能分析奠定了一定的工作基础。     

蒺藜苜蓿LBD转录因子基因家族全基因组分析

LBD是植物中所特有的转录因子基因家族,在调控植物侧生组织发育、营养代谢以及响应逆境胁迫等方面具有重要作用。该研究利用生物信息学手段,从全基因组水平筛选和鉴定了蒺藜苜蓿LBD基因家族,并对基因结构、系统进化、进化压力、保守域、染色体定位以及基因表达模式等进行了分析。研究结果共鉴定出2类5亚类共计56个蒺藜苜蓿LBD家族基因,在8条染色体上均有分布,但分布不均匀。该家族成员外显子数目都不超过2个,结构简单,基因间在进化时存在负向选择作用。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的时空特异性,并受干旱和氮素调控。该研究结果对蒺藜苜蓿LBD基因功能研究及进化分析具有重要的意义。     

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。     

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。     

Unc5基因家族多样性进化的研究

Uncoordinated-5(Unc5)基因家族属于经典的轴突导向基因家族。为了探讨Unc5的进化和分化规律,首先通过序列比对和蛋白质结构预测鉴定了Unc5基因家族成员的起源和分布,再利用PAML和DIVERGE软件分析了各基因亚型的进化选择压力和功能歧化。结果表明,Unc5基因家族在脊椎动物中受到了不同程度的选择压力,其中Unc5C基因型受到了纯化选择作用,而Unc5A、Unc5B和Unc5D基因型受到了正选择作用,并且在这3个基因型中分别检测到了8个、1个和6个正选择位点。此外,DIVERGE软件检测出38个I型功能歧化位点和97个Ⅱ型功能歧化位点。这些正选择位点和功能分歧位点为进一步研究Unc5蛋白的结构和功能提供了参考和依据。     

柳树β微管蛋白基因家族的克隆和序列分析

该研究克隆鉴定了旱柳和龙爪柳β微管蛋白基因,并对其进行了序列相似性、系统发育、染色体定位以及表达模式的分析。结果显示,2种柳树β微管蛋白基因家族各有20个成员,家族内部成员间核酸和氨基酸序列相似性分别在74.0%和86.6%以上,种间同源蛋白氨基酸序列相似性在85.8%以上,柳树与其它植物β微管蛋白间的氨基酸序列相似性在81.5%以上。系统发育分析显示,柳树β微管蛋白家族被分为4个亚组,结合杨树β微管蛋白基因染色体定位,推测柳树β微管蛋白基因家族经历了杨柳科全基因组重复事件和串联重复事件,而柳树TUB11和TUB12可能来源于区段重复或者转座。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性,并且部分重复基因对在所检测组织中表达差异较大。柳树β微管蛋白基因家族成员序列的高度相似性、成员数量的进化扩张、以及表达模式的多样性可能赋予了细胞分裂与生长更高的灵活性,这对多年生木本植物的生长发育习性意义重大。     

罗布麻CesA基因家族的生物信息学分析

植物体中纤维素是细胞壁形成的主要成分,不仅参与细胞形态的建成,调控细胞发育,还参与细胞内多种细胞信号转导途径,进而影响植物体的生长发育。纤维素合酶是植物体合成纤维素的主要酶类。为了探究CesA基因家族对罗布麻生长发育及纤维素合成的调控机理,该文通过生物信息学分析方法,从基因家族鉴定、结构分析、蛋白理化性质与多级结构预测、亚细胞定位、信号肽、进化关系和顺式作用元件等方面,对罗布麻CesA基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。结果表明:基于全基因组测序,罗布麻CesA基因家族鉴定含有15个成员,分布在罗布麻11条染色体中的8条上,其编码蛋白的氨基酸数量为730～1 158,相对分子质量81 280.81～130 123.18 kDa,理论等电点6.18～8.83。除了AvCesA3、AvCesA5、AvCesA7、AvCesA10和AvCesA11蛋白为稳定蛋白,其余成员均为不稳定蛋白;除了AvCesA12蛋白为疏水性蛋白,其余成员均为亲水性蛋白。该家族成员包含3～14个外显子,8～15个保守基序。编码蛋白主要分布于质膜与高尔基体上,无信号肽,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主要构成元件。AvCesA15蛋白的跨膜结构域和三级结构与其他成员存在显著不同。罗布麻CesA基因进化时主要受纯化选择作用。对上游1 500bp区域顺式作用元件分析,结果显示罗布麻CesA基因受到光、温度、水分、氧气等环境因子及生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯、水杨酸等植物激素调控。该研究为进一步探究罗布麻CesA基因家族的生物学功能、提高纤维品质与品种改良奠定理论基础。     

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。