辣椒OSCA基因家族的全基因组鉴定及不同胁迫条件下表达分析

钙通透性阳离子通道蛋白(OSCA)在渗透胁迫感应中发挥重要的作用.本研究利用辣椒(Capsicum an-nuum L.)全基因组信息,鉴定出14个OSCA基因(CaOSCA),染色体定位及同源性分析表明,它们分别位于1、2、4、6、7、8、9、12号染色体上,亚细胞定位预测表明其编码产物均位于质膜上.系统进化树分析这...     

木薯FER基因家族的全基因组鉴定和表达分析

植物铁蛋白(Ferritin, FER)既能存储铁,又能响应各种非生物胁迫。该研究基于全基因组水平对木薯(Manihot esculenta)的FER基因家族进行分析,结果表明, 从木薯中共鉴定到4个FER基因,根据系统发育树将木薯FER基因划分为2支,所有成员均包含Euk_Ferritin的功能结构域并位于叶绿体内。木薯FERs基因位于LG7~LG10染色体上;基因共线性分析表明,共有3对潜在的复制基因对,无串联重复事件;Ka/Ks值表明,MeFER同源基因经过了纯化选择;该家族含有响应激素和胁迫诱导的顺式作用元件;qRT-PCR分析表明,MeFER基因的表达具有组织特异性,MeFER4基因响应多种胁迫,且在干旱胁迫下响应最为显著。该研究为木薯FER基因家族的功能研究奠定了基础。     

高粱磷脂酶D基因家族的鉴定和表达分析

磷脂酶D（PLD）是植物生长和胁迫反应过程中参与膜磷脂分解代谢的关键酶。PLD编码基因在高等植物中构成了一个大的基因家族,但是仍未对高粱PLD基因家族进行深入研究。本研究中,通过全基因组分析,鉴定了15个PLD基因,并分成6个亚组,初步揭示了SbPLDs的基因结构、保守结构域、染色体定位和系统发育关系等信息。基因复制的研究表明,片段复制在高粱PLD基因家族的扩展中发挥了重要作用,SbPLDs在进化过程中经历了强烈的纯化选择。此外,转录组数据表明,受启动子区上游顺式元件调控的PLD家族基因可能在高粱的生长发育中发挥重要作用。通过real-time PCR分析,显示部分SbPLDs参与非生物胁迫和激素途径的潜力。亚细胞定位表明,高粱PLD蛋白在细胞质中富集,可能具有抗逆胁迫的功能。本研究为了解高粱PLD基因的特征提供了理论参考,为研究高粱PLD基因家族的进化提供了新的视角,也为阐明高粱PLD基因家族的功能提供了基础信息。     

水稻NACA基因家族的鉴定及NACA2功能研究

该研究从水稻中鉴定了5个编码NACA蛋白的基因,并对其理化性质、结构、定位及表达进行分析,并针对NACA2的亚细胞定位及其在抗旱过程中的生物学功能进行了初步研究。结果表明：(1) 5个水稻NACA蛋白的氨基酸序列中含有多个保守的基序,NACA1-NACA4均含有NAC结构域和UBA结构域,但NACA5序列较短且不含UBA结构域;不同植物NACA蛋白的氨基酸序列进化关系与物种之间的进化关系高度统一。(2)组织表达模式分析发现,NACA1、NACA2和NACA3在不同水稻组织中具有较高的表达水平,尤其是在生殖器官中,但NACA4和NACA5在不同组织中的表达水平均很低;NACA基因的表达受到甘露醇、脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、氯化钠(NaCl)、水杨酸(SA)及低温胁迫的诱导,其中NACA2和NACA5的表达变化最明显。(3)亚细胞定位表明,NACA2蛋白定位于细胞核和细胞质中。(4)与野生型相比,过表达NACA2拟南芥株系的萎蔫程度较轻,颜色较绿,显著降低了叶片的失水速率,且复水速度明显更快,并显著增强了对干旱和渗透胁迫的抗性。研究表明,NACA2正调控植物对干旱胁迫的抗性,为进一...     

黄瓜AHP基因家族的鉴定及其非生物胁迫表达分析

组氨酸磷酸转运蛋白(AHP)是细胞分裂素信号转导途径中重要蛋白之一,在植物生长发育和抵御系列非生物胁迫过程中发挥着重要作用。探讨黄瓜AHP的分子特征与表达模式,可为进一步探究黄瓜AHP基因功能和提高植物的非生物胁迫耐受性提供理论依据。通过对黄瓜AHP基因家族成员的数量、进化关系、顺式作用元件、基因结构、发育及非生物胁迫下基因表达模式进行分析。结果表明,黄瓜AHP基因家族有7个成员,不均匀分布在6条染色体上;系统进化分析发现黄瓜AHP基因家族成员与冬瓜和甜瓜亲缘关系较近;其启动子序列主要含有光响应、低温响应、干旱响应、激素响应和防御应激等顺式作用元件;基因表达谱分析发现CsAHP1、CsAHP3和CsAHP4在非生物胁迫下显著上调或下调,且CsAHP1在开花当天表达量最高;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,CsAHP1和CsAHP3均在干旱、高温胁迫下显著上调表达,CsAHP1、CsAHP2和CsAHP5在低温弱光胁迫下显著上调表达。黄瓜AHP基因家族可能与植物发育和非生物胁迫响应有着密切的关系。     

甘草Pht1基因家族鉴定与表达分析

Pht1家族磷酸盐(Pi)转运体介导植物中磷(P)的吸收和再动员。为探讨甘草Pht1基因的结构及表达模式,该研究利用生物信息学方法对甘草Pht1(GuPht1)基因家族进行分析,结合转录组数据和实时荧光定量(qRT-PCR)分析GuPht1在非生物胁迫下的表达,并采用RT-PCR克隆4个GuPht1基因。结果显示：(1)甘草中有8个Pht1家族成员(GuPht1;1—GuPht1;8),都位于细胞膜上,且具有12个跨膜结构,属于MFS超家族,氨基酸长度介于521～570 aa之间,含有Pht1保守的特征序列GGDYPLSATIMSE。(2)系统进化分析显示,甘草GuPht1基因家族成员与豆科植物亲缘关系较近;启动子区含有与磷饥饿有关的W-box、G-box、PHO-like和P1BS元件;甘草GuPht1基因家族在Scaffold定位分布均匀,三级结构均为单体。(3)转录组数据分析显示,GuPht1响应干旱、盐、激素等胁迫,且表达有组织特异性。qRT-PCR结果表明,低磷胁迫下GuPht1基因有明显的时空表达差异性,GuPht1;1/1;6/1;8在根中表达明显上调,GuPht1;5/...     

茶树GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

生长调控因子(growth regulating factor,GRF)是植物特有的转录因子家族,在植物生长发育过程中起重要调控作用。该研究利用生物信息学的方法,从茶树基因组中鉴定获得11个CsGRF转录因子家族成员,且均具有完整的特征结构域QLQ和WRC。CsGRF家族成员含有3~6个外显子,基于系统进化关系将CsGRF家族分为6组,且与葡萄及猕猴桃GRF家族的亲缘关系更为接近。不同组织转录组数据分析结果表明,该家族在生长活跃的茶树嫩梢部位高表达。上游启动子区域分析发现大量与植物发育、激素及胁迫响应密切相关的顺式作用元件。荧光定量检测发现,分别有10个和2个CsGRF成员在低温和干旱胁迫处理后呈现显著上调表达,其中CsGRF8和CsGRF11对2种非生物胁迫均有响应;并发现受ABA、MeJA和GA激素处理诱导分别有9个、3个和6个CsGRF基因的表达水平差异显著。研究表明,CsGRF基因家族在茶树生长发育过程及应激反应中起作用,推测CsGRF基因可能通过各种激素信号转导途径参与胁迫响应过程。     

橡胶草APX基因家族的全基因组鉴定及表达分析

该研究利用生物信息学方法,在橡胶草(Taraxacum kok-saghyz)全基因组中鉴定出7个TkAPXs基因家族成员,进一步分析发现7个成员中有1对是复制基因(TkAPX4/TkAPX6)。进化分析结果显示,7个基因可分为4个亚组;染色体定位分析表明,TkAPX基因家族成员分布广泛,7个TkAPXs基因位于7条不同的染色体上;亚细胞定位结果表明,TkAPX1、TkAPX3、TkAPX5和TkAPX7定位于细胞质,TkAPX4和TkAPX6定位于质膜,TkAPX2定位于叶绿体。启动子区域顺式作用元件分析结果显示,橡胶草APX基因含有大量的应激反应元件,推测APX基因可能对各种外界刺激和胁迫存在灵敏的应激反应机制。实时荧光定量PCR分析表明,橡胶草7个TkAPXs基因家族成员在花萼、花瓣、花梗中表达量均较低,大多数TkAPXs在根茎叶中的表达水平大于花及胶乳,其中TkAPX1在根和茎中的表达水平最高,推测TkAPX1基因可能在橡胶草生长发育过程中起重要作用。进一步对TkAPXs基因家族在逆境胁迫(冷、热、盐、旱)和激素(乙烯、茉莉酸甲酯)处理下的表达分析显示,TkAPX3在根及叶中的表达水平均较对照有大幅度升高,推测TkAPX3基因可能在橡胶草应答逆境胁迫和激素处理反应过程中起重要作用。     

马尾松R2R3-MYB基因特征及进化和表达分析

MYB类转录因子在植物生长发育、代谢、应答生物胁迫和非生物胁迫的响应等生物过程发挥重要作用。为探究马尾松R2R3-MYB基因结构及功能,该研究以转录组数据为研究区域,从中筛选获得了17个马尾松R2R3-MYB基因,利用生物信息学对基因进行理化性质、系统进化树等分析,同时利用荧光定量PCR技术分析基因的组织特异性以及在花发育时期和非生物胁迫下的表达模式。结果表明：(1)17个PmMYBs亚细胞定位于细胞核,均无跨膜结构,且均含有Motif1、Motif2保守基序。系统发育进化树将马尾松PmMYBs划分为9个亚家族,且与火炬松、白云杉等裸子针叶植物关系较近。(2)17个基因均属于组成型表达,但在不同组织的表达量不同;所有基因均参与了花发育和非生物胁迫,不同基因在花发育不同时期的表达存在差异,有7个基因可能参与了雌雄性状转变;大部分基因响应非生物胁迫上调表达,但响应胁迫的时间存在差异;少数基因在胁迫中下调表达,尤其是PmMYB11基因在所有胁迫中均明显下调表达。该研究较系统地分析了马尾松R2R3-MYB基因的结构特征、系统进化及其在花发育时期和非生物胁迫下的表达模式,为深入探究马尾松R2R3...     

茶树4CL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是茶树苯丙烷代谢途径的核心酶,是类黄酮和木质素生物合成的关键酶,对茶树抗胁迫及茶叶品质形成有重要作用。研究通过生物信息学分析,从‘黄棪’和‘铁观音’茶树中分别鉴定出8个和9个4CL基因家族成员,命名为HD-Cs4CL1～8和TGY-Cs4CL1～9。系统发育分析将其分为A和B两组,A组中第Ⅰ亚家族的HD-Cs4CL3、HD-Cs4CL7、TGY-Cs4CL2和第Ⅱ亚家族的HD-Cs4CL2、TGY-Cs4CL5可能分别参与木质素和类黄酮合成。启动子顺式元件分析表明4CL基因中存在大量与植物发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用元件。不同组织转录组数据分析表明,Cs4CL基因在茶树特定发育时期具有重要作用。实时荧光定量检测表明,HD-Cs4CL6和HD-Cs4CL8在GA、MeJA、ABA、低温和干旱处理下表达量均显著上调;HD-Cs4CL7在ABA处理和干旱处理下表达量上调,HD-Cs4CL2和HD-Cs4CL3在ABA处理下表达量上调。研究为进一步探究茶树4CL基因家族参与响应多种环境的生物学机制提供参考。     

马铃薯StCML基因家族鉴定及表达分析

类钙调蛋白(calmodulin-like protein, CML)是植物中一种重要的Ca~(2+)结合蛋白,在植物生长发育和胁迫响应过程中起着重要的作用。该研究通过生物信息学方法在马铃薯基因组中鉴定了StCML基因家族成员,并对它们的表达模式及胁迫响应进行了分析,为深入解析马铃薯StCML基因家族成员在生长发育和胁迫响应中的作用机制奠定理论基础。结果显示:(1)在马铃薯基因组中共鉴定到80个StCML基因,它们均具有EF-hand结构;根据系统进化树拓扑结构可分为5个亚家族,在1～5亚家族中分别含有18、12、14、12、和24个基因,大部分基因具有较为保守的基因结构和基序。(2)RNA-Seq数据分析发现,StCML基因主要在马铃薯的花、叶柄、芽、雄蕊、匍匐茎和块茎中有特异表达,并且主要对盐、热、干旱和赤霉素处理有响应。(3)qRT-PCR分析发现,在低温胁迫下StCML13、StCML21和StCML53表达上调;在高温胁迫下StCML11、StCML21和StCML39表达上调;盐胁迫下StCML21和StCML60表达上调;青枯菌处理下StCML53表达上调,StCML8、StCML 13、StCML 21和StCML 60表达下调。研究表明,StCML基因对多种胁迫均有响应。     

玉米KNOX基因家族鉴定及组织和逆境表达分析

为揭示玉米转录因子KNOX家族基因功能,采用生物信息学手段在玉米基因组水平鉴定KNOX家族成员,并对家族基因逆境和组织表达谱进行分析.结果 显示:(1)玉米基因组有22个ZmKNOX基因,根据其在染色体上的位置依次命名为ZmKNOX1-ZmKNOX22;编码蛋白质亚细胞定位预测发现,除ZmKNOX5、ZmKNOX11、...     

西葫芦CCD基因家族鉴定及其在果实发育中的表达北大核心CSCD

类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenase,CCD)是类胡萝卜素氧化裂解途径中的关键酶,在植物生长发育、香气形成及胁迫响应等过程中均发挥着重要作用。该研究运用生物信息学方法从西葫芦全基因组中鉴定出13条具有完整RPE65保守结构域的CCD基因,为进一步解析CCD基因家族在西葫芦中的功能奠定基础。结果表明:(1)聚类分析显示,13个西葫芦CCD基因编码的蛋白可分为CCD1、CCD4、CCD7、CCD8、NCED、CCD1-like共6个亚组,且CCD8和CCD7亚组与其他家族成员的遗传距离较远。(2)顺式作用元件预测分析发现,CCD基因启动子中含有光信号、激素、环境胁迫和生长发育响应元件。(3)转录组数据分析显示,CCD家族基因具有组织表达特异性,其中3个CCD基因在组织中不表达,CpCCD1基因在叶和果实中显著高表达。(4)在果实发育过程中,8个CCD基因呈现上调表达,2个CCD基因呈现下调表达,其中CpCCD1、CpCCD4a、CpCCD4b、CpCCD8a这4个CCD基因在果实膨大生长期或成熟期出现显著高表达,推测它们可能在西葫芦果实发育过程中具有重要的调控作用。     

石榴WRKY基因家族全基因组鉴定与表达分析

WRKY蛋白是一类在植物生长发育过程及生物与非生物胁迫过程中起重要调控作用的转录因子。该研究利用石榴全基因组数据,采用生物信息学的方法,对石榴WRKY转录因子家族成员蛋白理化性质、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白互作及基因共表达和转录组表达模式进行系统分析。结果共鉴定出69个PgWRKY基因;分组鉴定和进化分析显示WRKY蛋白可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ共三大类型。顺式作用元件分析表明,PgWRKY基因广泛参与到非生物胁迫中;蛋白互作网络与共表达分析暗示PgWRKY基因在同一胁迫应答中可能作用一致并同时诱导表达;RNA-Seq数据分析表明,PgWRKY基因有一定的组织表达特异性,广泛参与植物营养、生殖生长以及根部逆境胁迫应答过程。     

水稻超短根突变体ssr1的遗传分析和基因定位

该研究从甲基磺酸乙酯(EMS)诱变的籼稻‘Kasalath’突变体库中筛选到1个根系超短的突变体,命名为ssr1(super short root 1),8d苗龄突变体的主根和不定根长度分别只有野生型的8.89%和2.29%,其不定根发生正常,但侧根的发生和伸长都受到严重抑制,且根毛也非常短。此外,ssr1植株整体矮小,株高不到野生型的一半。遗传分析结果表明,该突变性状由1对隐性核基因控制。利用图位克隆技术将SSR1基因定位在第9染色体的STS(sequence tagged site)分子标记9g7047K和9g7290K之间,物理距离约为243kb,在定位区间共发现39个预测基因,经分析其中没有已克隆的根系发育基因。对SSR1的定位为进一步克隆该基因和阐明水稻根构型的分子机理奠定了基础。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

茶树BES1转录因子全基因组鉴定与分析

植物特异性转录因子(BRI1-EMS-SUPPRESSOR1,BES1)家族参与调节油菜素内酯(brassinosteroids,BR)信号通路,在植物生长和应对非生物胁迫的反应中发挥重要作用。该研究利用生物信息学方法对茶树BES1转录因子家族进行鉴定,分析茶树CsBES1基因在8个茶树组织中的表达模式,并对CsBES1转录因子家族在低温、干旱及ABA激素处理下的表达进行分析,以揭示茶树CsBES1转录因子家族的功能及其对环境胁迫的响应。结果显示:(1)从茶树全基因组中鉴定获得10个茶树BES1转录因子家族成员,均具有完整的BES1_N结构域;根据系统进化关系将10个CsBES1转录因子家族分成3组,分别包含2个、3个和5个成员;该家族成员每个基因含有2～11个外显子。(2)组织表达模式分析显示,茶树BES1转录因子家族在生长活跃的茶树嫩梢和成熟叶中表达量较高,不同成员之间表达存在差异性。(3)上游启动子区域分析发现大量与植物激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。(4)荧光定量检测发现,BES1基因在茶树不同胁迫处理下的表达模式不同,在低温和脱落酸处理下,CsBES1-1、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高,而在干旱处理下,CsBES1-2、CsBES1-4、CsBES1-5、CsBES1-6、CsBES1-7、CsBES1-8和CsBES1-9基因的表达量显著提高。