小鼠Nlrp基因家族生物信息学分析

NLRP基因家族广泛分布于哺乳动物基因组中,在先天免疫反应和生殖发育过程中起着重要作用。本研究以小鼠Nlrp基因家族20个成员为研究对象,通过生物信息学方法对该基因家族成员在基因结构、保守结构域、蛋白质理化性质、亲水和疏水性、潜在磷酸化位点和基因表达等方面进行系统分析,并绘制系统进化树。研究表明,小鼠Nlrp家族基因序列结构差异较大,内含子数量变化较大,基因结构中有一个明显保守的CDS区域;基因家族序列保守性较好,有4个保守区域,序列长度分别为50、34、37、29,亚家族间保守性更高,其中Nlrp10没有亮氨酸重复结构域;基因同源性高,系统发生分析显示免疫相关基因与生殖发育相关基因在进化中已经分开,NLRP2和NLRP7可能起源同一祖先。所有蛋白质均有多个磷酸化位点,脂肪族系数介于82.54～100.33之间,GRAVY值均小于0,蛋白质表现为亲水性,无跨膜结构;亚细胞定位方面NLRP1A位于细胞核、NLRP1B位于质膜、NLRP5位于高尔基体,其它均位于细胞质;各蛋白质PI值均不相同,可用等电聚焦电泳区分各家族成员。所有Nlrp家族成员在配子发生和胚胎发育过程中均有不同程度的表达。本研究结论不仅丰富了NLRP基因家族信息,同时为进一步过渡到体外实验水平和实验研究方案的制定提供理论依据。     

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Trihelix转录因子家族全基因组分析及功能预测

Trihelix转录因子家族在植物生长发育以及响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用,但目前基于水稻全基因组水平鉴定和分析该基因家族的研究尚未见相关报道。本文利用生物信息学方法在水稻基因组数据库中鉴定到Trihelix家族成员31个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族(Ⅰ~Ⅴ)。通过与拟南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix家族的聚类分析发现,这4个物种中Trihelix家族的分类相一致,但每个物种均含有不同亚家族的成员,表明该基因家族的分化早于物种的分化。基于MEME程序分析水稻Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析结果具有较高的一致性。染色体区段复制分析表明,部分Trihelix家族成员在水稻以及水稻与其他物种之间存在种内和种间的染色体区段复制;生物芯片数据分析发现,Trihelix基因家族在水稻不同组织中、以及对6种不同植物激素的响应呈现多样化的表达谱。采用RiceFREND在线数据库分析发现,水稻Trihelix转录因子家族的20个成员与其他蛋白存在互作关系。本研究结果初步明确了水稻Trihelix转录因子家族的进化特点、染色体分布、染色体区段复制关系、组织表达、激素应答,以及该家族蛋白与其他蛋白质的互作情况,为进一步揭示Trihelix转录因子家族的分子进化规律和生物学功能奠定了基础。     

菜用大豆CIPK基因对逆境胁迫及激素的响应特征

CIPK(calcineurin B-like-interacting protein kinase)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物响应逆境胁迫和激素信号转导中发挥重要作用。本研究利用大豆基因组数据库,在全基因组水平鉴定获得52个CIPK蛋白激酶。蛋白比对分析发现所有Gm CIPK含有高度保守特征性的N端激酶区、连接区和C端调控区。系统进化树分析发现大豆Gm CIPK与拟南芥、水稻CIPK分类一致,分为4个亚家族,且每个亚家族含有3个不同物种的成员,表明Gm CIPK基因的分化早于物种的分化。启动子分析表明,多数Gm CIPK基因的启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析发现,Gm CIPK基因呈现多样化的组织表达特性。进一步选取组织表达量相对较高的14个Gm CIPK进行荧光定量PCR分析,结果表明这些菜用大豆CIPK基因在不同程度上均受高温、干旱、高盐胁迫以及ABA、ACC、SA、Me JA激素的诱导表达。采用蛋白同源比对和蛋白互作在线数据库对拟南芥及大豆同源CIPK蛋白激酶与其他蛋白的互作关系进行了预测分析,发现17对同源CIPK与其他蛋白(激酶、磷酸酶、转录因子等)存在互作。本研究为菜用大豆CIPK基因的功能研究与利用奠定了基础。     

牦牛Atg5基因克隆及其在输卵管、卵巢和子宫中的表达定位

自噬是一种保守的细胞内降解过程,在多种生物体内证实自噬有重要的生物学意义。但是自噬在牦牛这一高原特色物种体内的研究未见报道。因此为探索正常生理条件下自噬相关基因在牦牛生殖过程中的表达,本研究分别采集牦牛不同繁殖周期（卵泡期、黄体期及妊娠期）的主要生殖器官（输卵管、卵巢、子宫）,克隆牦牛自噬相关基因5（Autophagy related 5,Atg5）基因并进行生物信息学分析;利用qRT-PCR检测Atg5 基因在组织中的相对表达量;并采用蛋白质免疫印迹（Western-blot, WB）检测Atg5和Atg5-Atg12（Autophagy related 12,自噬相关基因12）复合体在不同组织中的表达水平;免疫组织化学方法分析Atg5在各生殖器官中的分布特征。结果显示,成功克隆牦牛Atg5基因在进化过程中高度保守,编码的蛋白质为可溶性的非跨膜蛋白;qRT-PCR和WB检测结果显示Atg5和Atg5-Atg12复合体在牦牛输卵管、卵巢和子宫中均有表达。其中卵泡期卵巢Atg5-Atg12表达显著高于黄体期和妊娠期,卵泡期Atg5的表达却显著低于黄体期和妊娠期;黄体期输卵管Atg5-Atg12表达量显著高于卵泡期和妊娠期,妊娠期输卵管中Atg5的表达量显著高于卵泡期和黄体期;卵泡期和妊娠期子宫中Atg5-Atg12的表达量显著高于黄体期,而黄体期子宫中的Atg5的表达量又显著高于妊娠期和卵泡期,在蛋白水平上Atg5和Atg5-Atg12的表达呈负相关。免疫组织化学结果显示Atg5在输卵管黏膜上皮,卵巢卵泡膜、颗粒层、生殖上皮、黄体细胞,子宫内膜和子宫腺体均有表达。研究结果表明自噬在牦牛体内与其他物种相似具有保守性,通过检测Atg5-Atg12复合体在牦牛生殖器官中的表达,推测自噬可能参与牦牛生殖生理过程的调控。该研究结果对自噬在其他大型哺乳动物以及高寒低氧环境中动物的研究具有借鉴意义,有助于自噬参与其他动物生殖生理作用机制的研究。       

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。     

FHL2调控人和动物生殖的研究进展

FHL2是FHL家族成员之一,可作为辅助因子与80余种蛋白质互作。FHL2在哺乳动物卵巢和睾丸中均有表达,通过与转录因子WT-1互作参与动物早期性腺分化,并可能通过与SMAD、TGFβ和WNT等信号通路互作,调控卵巢抑制素α亚基基因(INHA)和P450scc的表达,影响卵泡发育和排卵。FHL2表达异常与多种癌症发生相关,包括乳腺癌、卵巢癌、宫颈癌和前列腺癌等。进一步开展对FHL2基因的研究,有助于阐明动物生殖调控和相关癌症发病机制,对辅助生殖技术、提高动物繁殖力的新技术和抗癌药物的研发具有积极推动作用。     

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。     

菜粉蝶osiris基因家族鉴定与发育动态

osiris基因家族是昆虫特异性基因,迄今尚未在昆虫纲以外的物种中发现同源基因。本研究利用菜粉蝶转录组数据,鉴定了菜粉蝶16个osiris基因家族成员,分属11个亚家族。通过与菜粉蝶基因组比对,发现菜粉蝶osiris基因均为断裂基因,外显子数量为3-15个;通过结构域分析,发现菜粉蝶Osiris完整编码蛋白含有信号肽和一个未知功能结构域DUF1676,且多数Osiris蛋白含跨膜结构域。系统发育分析表明,osiris基因家族成员与其他昆虫种类相应成员更似直系同源,而非种内基因扩张,再次验证了osiris基因是在昆虫物种分化之前就已形成的多基因家族。发育转录组基因表达分析表明,osiris家族不同成员表达量在不同发育阶段趋势几乎完全一致,多在菜粉蝶1龄幼虫和5龄幼虫高表达,卵期、蛹期与成虫期低表达,预示着osiris基因家族不同成员转录调控机制的相似性与发育的相关性。     

拟南芥GHMP基因家族成员的组织表达及生物信息学分析

利用生物信息学方法获得拟南芥全基因组中12个GHMP基因家族成员。通过实时定量PCR技术研究这12个基因在不同组织中的表达,结果显示它们具有组织表达特异性。构建了拟南芥中GHMP基因家族成员的系统进化树。启动子区调控元件分析表明,大多数GHMP成员包含有光响应、生物钟及其它逆境胁迫响应的相关元件,预测这些GHMP基因家族成员可能参与了植物的光信号、生物钟及相关的逆境胁迫信号转导途径。     

CTRP8 and CTRP9B are novel proteins that hetero-oligomerize with C1q/TNF family members

C1q/TNF family comprises over thirty secreted multimeric proteins that play diverse and important roles in immune, endocrine, skeletal, neuronal, reproductive, sensory, and vascular systems. Here we describe two novel human C1q/TNF family members, designated as CTRP8 and CTRP9B. Both genes are absent in the mouse genome. CTRP8 is expressed predominantly in lung and testis. In addition to forming homotrimers, CTRP8 also forms heteromeric complexes with C1q-related factor (CRF). CRF is a secreted multimeric protein that forms heteromeric complexes with CTRP1, CTRP9, and CTRP10. Although human CTRRP9A and CTRP9B share 98% amino acid identity, they are encoded by distinct genes and are biochemically distinct. While CTRP9A is robustly secreted as a multimeric protein, CTRP9B requires physical association with CTRP9A or adiponectin for its secretion. We propose here that combinatorial association between C1q/TNF family members is a possible mechanism to generate an expanded repertoire of functionally distinct ligands with altered function and/or receptor specificity.     

Regulation of the ovarian reserve by members of the transforming growth factor beta family

Genetic or environmental factors that affect the endowment of oocytes, their assembly into primordial follicles, or their subsequent entry into the growing follicle pool can disrupt reproductive function and may underlie disorders such as primary ovarian insufficiency. Mouse models have been instrumental in identifying genes important in ovarian development, and a number of genes now associated with ovarian dysfunction in women were first identified as causing reproductive defects in knockout mice. The transforming growth factor beta (TGFB) family consists of developmentally important growth factors that include the TGFBs, anti‐Müllerian hormone (AMH), activins, bone morphogenetic proteins (BMPs), and growth and differentiation factor 9 (GDF9). The ovarian primordial follicle pool is the source of oocytes in adults. Development of this pool can be grossly divided into three key processes: (1) establishment of oocytes during embryogenesis followed by (2) assembly and (3) activation of the primordial follicle. Disruptions in any of these processes may cause reproductive dysfunction. Most members of the TGFB family show pivotal roles in each of these areas. Understanding the phenotypes of various mouse models for this protein family will be directly relevant to understanding how disruptions in TGFB family signaling result in reproductive diseases in women and will present new areas for development of tailored diagnostics and interventions for infertility. Mol. Reprod. Dev. 79: 666–679, 2012. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

Identification and characteristics analysis of toll-like receptors family genes in yak

Toll-like receptors (TLRs) are innate pattern recognition receptors that play an important role in host resistance to pathogenic microbes. In this study, we cloned the coding region of the yak TLR family (1–10) genes and used bioinformatics to analyze gene characteristics. Real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction was used to detect TLR expression levels in different tissues. Yak TLR genes exhibited high homologies with other species. At the nucleotide level, yak shared more than 96 % homology with cattle and sheep and 75–87 % homology with human and mouse. At the amino acid level, yak shared 90–99 % homology with cattle and sheep and 64–86 % homology with human and mouse. Yak showed close evolutionary relationship with cattle and sheep, which formed a branch of mammals together with TLRs from human, horse, and mouse, among others, and formed a branch with a longer genetic distance with chicken. TLR1, 2, 6, and 10 and TLR7, 8, and 9 were clustered in 2 individual branches, respectively. Fluorescent quantitation results showed that TLRs were expressed in all yak tissues, but different members showed different expression patterns. TLR2, 4, and 6 showed the highest expression in the spleen, followed by ovary, small intestine, kidney, and liver. TLR1, 5, 7, 8, 9, and 10 were most highly expressed in the kidney and showed higher expression in the liver, kidney, spleen, and other tissues. Our results will be useful for studies on immune molecular mechanisms and disease resistance breeding of yak and other plateau animals.     

Intrinsic flexibility of NLRP pyrin domains is a key factor in their conformational dynamics,fold stability,and dimerization

Nucleotide‐binding domain leucine‐rich repeat‐containing receptors (NLRs) are key proteins in the innate immune system. The 14 members of the NLRP family of NLRs contain an N‐terminal pyrin domain which is central for complex formation and signal transduction. Recently, X‐ray structures of NLRP14 revealed an unexpected rearrangement of the α5/6 stem‐helix of the pyrin domain allowing a novel symmetric dimerization mode. We characterize the conformational transitions underlying NLRP oligomerization using molecular dynamics simulations. We describe conformational stability of native NLRP14 and mutants in their monomeric and dimeric states and compare them to NLRP4, a representative of a native pyrin domain fold. Thereby, we characterize the interplay of conformational dynamics, fold stability, and dimerization in NLRP pyrin domains. We show that intrinsic flexibility of NLRP pyrin domains is a key factor influencing their behavior in physiological conditions. Additionally, we provide further evidence for the crucial importance of a charge relay system within NLRPs that critically influences their conformational ensemble in solution.     

病毒感染草鱼胸腺的EST分析和免疫相关基因的鉴定

以感染草鱼(Ctenopharyngodon idellus)出血病病毒(GCHV)的草鱼胸腺为材料,构建了草鱼胸腺的SMARTcDNA文库.筛选文库获得到1933条有效EST序列.BLASTX分析显示,583条序列在公共数据库中能找到同源基因(E-value≤1.00E 10-3,Identities≥30%),另外1350条序列则找不到显著同源性.已知基因按具体功能可划分为6类,大部分与细胞内的各种生理过程、细胞结构以及免疫防御相关.研究结果从分子水平上表明鱼类的胸腺在机体感染病毒的免疫反应中发挥重要作用,同时也表明胸腺组织在病毒感染后可能表达很多目前还不清楚功能的新基因.