桃WRKY基因家族全基因组鉴定和表达分析

WRKY转录因子是植物中最大的转录调控家族之一,在生物和非生物胁迫以及植物生长和发育过程中起着重要调控作用.本文利用HMMER 3.0软件,使用WRKY保守域全蛋白序列(Pfam数据库编号:PF03106)鉴定桃(Prunus persica L.)基因组中的WRKY基因;利用DNAMAN 5.0,WebLogo 3,MEGA5.1,MapInspect和MEME等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析.本文共鉴定得到61个桃WRKY基因.进化树分析结果显示,桃WRKY蛋白分为Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类型,类型Ⅰ分为Ⅰ-C亚组和Ⅰ-N亚组,类型Ⅱ分为Ⅱ-a,II-b,II-c,II-d和II-e亚组.WRKY结构域分析显示,WRKY结构域高度保守,绝大多数都含有WRKYGQK七肽和锌指结构.染色体定位分析显示,桃WRKY基因分布于8条染色体中,呈不均匀分布.内含子和外显子结构分析表明,WRKY基因结构进化高度保守.保守元件分析表明,桃WRKY基因家族包含5个保守元件,元件1,2和3为WRKY盒,元件4,5为未知盒.桃WRKY基因家族都包含有WRKY盒,类型Ⅰ中含有2个WRKY盒;II-d亚组中含有未知元件5.半定量和荧光定量PCR结果显示,16个WRKY基因均在桃的根,茎,叶,花和果中表达,但其相对表达水平不同.     

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。     

三裂叶薯NBS-LRR类抗病基因的筛选鉴定与结构分析

为发掘甘薯近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba)的NBS-LRR类抗病基因,从基因数据库中对三裂叶薯基因组序列进行了筛选、鉴定和分析。结果表明,从三裂叶薯的98 025个基因中,筛选到282个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型80个,NL型83个,CN型28个,CNL型57个,TN型10个,TNL型23个,RN型1个。三裂叶薯的16条染色体上均含有NBS-LRR家族基因,数量最多的染色体含有65个,最少的只有1个。三裂叶薯基因组共有55个基因簇,包含了63.5%的NBS-LRR家族基因。在NBS-LRR抗病基因家族中,CNL和TNL亚家族分别对应到7和11个保守结构域。这为三裂叶薯抗性资源的利用提供了科学参考。     

毛竹GRF转录因子家族的全基因组鉴定与分析

利用生物信息学方法,于毛竹(Phyllostachys edulis (Carr.) Lehaie)全基因组中鉴定获得18个GRF转录因子,并对其理化特性、保守结构域、系统发育关系、mi R396靶位点以及基因表达模式进行了分析。结果表明,18个Pe GRF蛋白长度为170～551 aa,分子量为18.5～58.8 k D;这些Pe GRF蛋白均具有QLQ和WRC结构域,部分Pe GRF含有FFD和TQL保守结构域。对毛竹、拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh)和水稻(Oryza sativa L.)的系统进化分析结果显示,毛竹18个GRF可分为3个亚类,且单子叶植物毛竹和水稻的GRF转录因子亲缘关系更近。mi R396靶位点预测分析结果发现,在13个Pe GRF基因序列的编码区存在毛竹mi R396结合位点; Pe GRF基因表达模式分析结果显示,Pe GRF主要在毛竹的竹笋中表达。     

三裂叶薯SPL基因家族鉴定、表达及miR156的调控分析

SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)是一类广泛存在于植物中的转录因子,均含有一个高度保守的SBP结构域(SQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN)。本研究通过SBP结构域的隐马尔可夫模型、Blastp、CDD和SMART等程序从栽培甘薯的二倍体近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba L.)全基因组中鉴定出26个SPL基因家族成员。它们不均匀分布于三裂叶薯的12条染色体上。利用系统进化分析将新鉴定的26个三裂叶薯ItbSPL基因和来源于苔藓植物、单子叶植物、双子叶植物的116个SPL基因构建进化树,并根据拟南芥AtSPL基因家族的分类标准将26个ItbSPL基因家族分为7组。GSDS 2.0基因结构和MEME 4.12.0保守基序分析表明,不同进化分支中的ItbSPL基因的外显子/内含子数目及其蛋白基序组成差异明显。利用拟南芥中已知功能的SPL对ItbSPL基因的功能进行预测,发现三裂叶薯ItbSPL家族基因成员可能与植物开花、逆境胁迫、次生代谢产物等生物学过程相关。通过预测microRNA156(miR156)的作用位点发现,在26个ItbSPL基因中14个含有miR156的作用位点,其中13个ItbSPL基因具有PCR扩增产物。利用qRT-PCR检测13个候选靶基因及miR156在三裂叶薯叶、茎、根中的表达量,发现13个ItbSPL均在茎中的表达量最低,显著低于叶与根中的表达,而miR156则在茎中的表达量最高,在根中的表达量最低,初步推测这13个ItbSPL是miR156的靶基因。以上研究结果为六倍体栽培甘薯SPL基因家族成员的鉴定、进化分析及功能研究提供了方法和基础。     

普通烟草ATⅢ氨基转移酶家族序列鉴定与表达分析

氨基转移酶是5'-磷酸吡哆醛依赖酶,在植物的生长发育和非生物胁迫的反应中起重要作用。ATⅢ氨基转移酶家族(classⅢ aminotransferase family)是转氨酶家族中一个非常重要的亚家族。本研究利用普通烟草(Nicotiana tabacum)基因组序列信息,鉴定出26个ATⅢ家族成员,对烟草ATⅢ家族进行理化性质分析表明,普通烟草ATⅢ家族成员之间的理化性质差异较大;系统进化和结构域分析显示,烟草ATⅢ家族成员可形成4个分支,同一分支内ATⅢ家族成员的保守结构域的种类和组织形式高度一致;将19个家族成员定位在12条染色体上;分析普通烟草转录组数据,结果显示大多数家族成员在不同组织中都有表达,主要集中在叶脉、打顶后茎和叶、离体叶片等组织。对NtATⅢ1和NtATⅢ2基因的qRT-PCR分析显示,这两个基因主要在植物地上组织中表达。本研究为普通烟草ATⅢ基因的功能研究提供依据。     

蔓花生PEPC基因家族的生物信息学分析

为了解花生中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)的功能,对二倍体祖先种野生蔓花生(Arachis duranensis)基因组数据库进行分析,发现存在9个Ad PEPC基因家族成员,这些基因的序列长度为3 584~12 956 bp,开放阅读框(ORF)长度为702~3 168 bp,分布在3、5、7、8、9、10号染色体上。蔓花生Ad PEPC家族蛋白的氨基酸序列中均含有HCO3-结合位点和PEP结合位点等保守结构域,根据序列特征可分为植物型、细菌型和序列较短的PEPC等3类,同类蛋白序列的同源性较高,基因结构中的内含子与外显子的数目也较相似。基因表达分析表明,多数成员在花或茎中的表达量较高,Ad PEPC1;2和Ad PEPC4;2在茎中的表达量最高,其他家族成员尤其是Ad PEPC2、Ad PEPC1;5和Ad PEPC1;3在花中的表达量明显高于其他组织,Ad PEPC1;5基因在叶中不表达。Ad PEPC3在根、茎、叶和花中均不表达,推测该基因为假基因。这为深入研究Ad PEPC家族基因的功能奠定了基础。     

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。     

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。     

菜豆ANK基因家族鉴定及ANK25的表达模式分析

锚蛋白重复序列模体是生物体内最普遍的蛋白质序列模体之一,在多种细胞活动中主要介导蛋白质-蛋白质的相互作用。本研究利用菜豆基因组数据库,通过生物信息学手段对菜豆ANK家族成员及分子生物学特性进行了鉴定。结果显示,菜豆基因组中含有30个ANK家族基因,分布于9条染色体上,其中第5条染色体上含有的ANK基因最多,包含13个基因。蛋白结构域分析发现,ANK25除了含有ANK结构域外还含有RING结构域。亚细胞定位结果显示,ANK25主要分布在细胞膜上。表达模式分析发现,ANK25对干旱、盐和ABA胁迫有响应。本研究为进一步研究菜豆ANK的分类及功能提供了有利的依据。     

铁皮石斛14-3-3基因家族鉴定及表达分析

【目的】14-3-3蛋白,亦称通用调节因子（GRF）,由多基因家族编码,在植物生长发育和逆境应答发挥关键的作用。鉴定铁皮石斛（Dendrobium officinale）GRF基因家族,为铁皮石斛GRF基因功能研究及遗传改良提供理论依据。【方法】通过生物信息学的方法鉴定铁皮石斛14-3-3家族成员,分析其理化性质、染色体定位、系统进化发育、基因结构和启动子顺式作用元件等,同时通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量。【结果】铁皮石斛有17个GRF家族成员,分为ε类和非ε类亚族,不均匀地分布在7条染色体上,且存在7对串联复制基因。同一亚族成员基因结构、保守基序和蛋白质二级结构相类似。DoGRF家族基因的启动子区域存在大量激素和环境胁迫应答相关的调控元件。DoGRF家族基因在铁皮石斛各组织中均有表达,具有组织表达特异性,大多数基因在花器官中表达最高,其次是茎和根。同时,在低温处理、盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoGRF2在铁皮石斛逆境应答过程中起着关键的作用。【结论】在全基因组水平从铁皮石斛中鉴定出17个DoGRF家族成员,...     

大豆蔗糖合成酶家族成员的全基因组鉴定及表达分析

该研究基于已公布的大豆基因组序列,旨在对大豆蔗糖合成酶(SUS)家族成员进行全基因组鉴定及表达分析,以探讨大豆SUS家族基因的生物学功能,为GmSUS基因的利用及大豆高产育种奠定理论基础。结果表明:(1)在大豆基因组中共鉴定到12个蔗糖合成酶基因(GmSUS1~GmSUS12)。(2)GmSUS蛋白之间序列一致性很高,均具有植物SUS家族蛋白特有的蔗糖合成结构域和糖基转移结构域;除GmSUS5外,其他GmSUS蛋白N端均具有一个保守的丝氨酸(Ser)磷酸化位点。(3)系统进化分析显示,GmSUS蛋白主要聚为3组(SUSⅠ~SUSⅢ),且位于同1组的GmSUS基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式。(4)12个GmSUS基因不均匀地分布在大豆的10条染色体上,片段复制可能导致了GmSUS基因在大豆基因组中的扩增。(5)表达特性分析表明,大豆SUS家族成员具有不同的组织表达模式,GmSUS8在大豆种子中表达量很高,GmSUS1、GmSUS7和GmSUS5在大豆根瘤中表达量很高,GmSUS3、GmSUS11和GmSUS12在所有被检测的组织均具有较高的表达。     

中国古老月季‘月月粉’FT/TFL1基因的鉴定与表达分析

该研究以中国古老月季品种‘月月粉’(Rosa chinensis‘Old Blush’)为试材,根据拟南芥和草莓FT/TFL1基因家族成员的保守结构域设计引物,对‘月月粉’基因组DNA进行克隆和测序,结合数据库序列和双单倍体基因组信息进行序列比对,结果共获得了8条月季的FT/TFL1基因家族序列,且8条序列分别注释为2个FT基因(RcFT1和RcFT2)、1个BFT基因(RcBFT)、1个ATC基因(RcATC)、2个MFT基因(RcMFT1和RcMFT2)和2个PEBP基因(PEBP1和PEBP2);进化树分析结果将这8个基因分为3个亚组;结构分析显示8个基因的内含子为1～5个不等。qRT-PCR分析显示,RcFT1、RcPEBP、RcMFT1、RcMFT2和RcBFT在‘月月粉’的叶片中表达量最高,茎尖中次之;RcFT2在茎尖中的表达最高,叶片中次之;RcATC在茎尖中的表达量高于其他组织;除RcPEBP在根组织中有表达外,其他基因在根组织中几乎没有检测到。进一步表达分析显示,RcFT1和RcFT2在‘无刺光叶蔷薇’(R.wichuriana‘Basye’s Thornless')生殖生长期的叶片、茎尖中的表达量显著高于营养生长期。研究推测,具有连续开花性状的中国古老月季‘月月粉’可能具有多个开花时间(FT)基因位点,FT有可能可以作为月季生殖转换的标记基因。     

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。     

茶树CsTMFs的克隆与表达分析

基于茶树全基因组数据,筛选鉴定茶树（Camellia sinensis(L.)O. Ktze.）TATA元件调控因子（TATA element modulatory factor,TMF）CsTMFs家族成员。克隆茶树叶片中CsTMFs编码区序列（coding sequence,CDS）全长。使用生物信息学方法对CsTMFs的保守结构域、基因结构、理化性质、蛋白质二级结构和系统发育关系进行分析。基于转录组数据进行组织特异性表达的分析,利用实时荧光定量聚合酶链式反应（real-time fluorescent quantitative PCR,qPCR）方法检测冷胁迫和干旱胁迫下CsTMFs在茶树叶片中的表达情况。结果表明,CsTMFs家族有2个CsTMF基因,序列CDS区长度分别为2 934和2 904 bp,均具有TMF-DNA-bd和TMF-TATA-bd完整保守结构域。CsTMF1和CsTMF2具有组织表达特异性,CsTMF1在花与茎中表达较高,CsTMF2在成熟叶与茎中表达较高。CsTMF1受冷胁迫诱导,CsTMF2受冷胁迫和干旱胁迫抑制。     

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。     

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。     

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。     

小黑杨HD-Zip转录因子家族生物信息学及应答盐胁迫分析

HD-Zip转录因子基因是植物中特有的一类蛋白家族,在植物生长发育和逆境应答胁迫过程中发挥重要作用。HD-Zip转录因子基因是由高度保守的同源异型结构域（HD）和亮氨酸拉链域（LZ）结构域构成的特殊结构模型。杨树HD-Zip转录因子家族共有63个基因,可被分为HD-ZipⅠ、HD-ZipⅡ、HD-ZipⅢ和HD-ZipⅣ四个亚家族。本文利用RNA-Seq分析了盐胁迫条件下HD-Zip基因家族在小黑杨根、茎、叶等不同组织的基因表达差异,从转录组水平揭示其应答胁迫环境的分子机制,结果表明,盐胁迫下在叶中有25个HD-Zip基因下调表达,21个基因上调表达;茎中有42个基因下调表达,11个基因上调表达;根中有26个基因下调表达,24个基因上调表达。另外,本文根据拟南芥HD-Zip转录因子家族基因的已知功能,预测了杨树HD-Zip转录因子同源基因的功能,并利用生物信息学方法分析了杨树HD-Zip转录因子蛋白序列的保守结构域、氨基酸组成和理化性质等,为进一步研究杨树HD-Zip转录因子基因功能提供参考。