番茄PPR基因家族的鉴定与生物信息学分析

PPR(Pentatricopeptide repeats)基因家族在植物中广泛存在, 其在植物生长发育过程中至关重要。文章采用生物信息学方法, 利用Pfam已鉴定的PPR保守结构域序列检索番茄(Solanum lycopersicum L.)基因组计划注释的蛋白序列, 最终确定了番茄中可能存在的471个PPR编码基因; 根据拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)中鉴定的各个结构域的特点对其进行了蛋白结构分析、分类和保守序列分析, 并对番茄PPR基因家族进行了系统进化树构建、染色体定位、亚细胞定位预测、表达和GO分析等。结果表明：番茄PPR基因家族分为P和PLS两个亚家族, 各占序列数目的一半, PLS亚家族又分为PLS、E、E+和DYW四类, 且在进化树中形成不同的分支; 各个结构域在植物中非常保守; PPR基因家族分布在番茄12条染色体上, 且多数无内含子结构; 大部分PPR蛋白具有线粒体或叶绿体定位序列, GO分析表明PPR蛋白参与RNA相关的生物学过程     

金鱼ABC转运蛋白基因家族成员鉴定及分析

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)基因家族在原核生物和真核生物中广泛存在,该家族蛋白能够利用ATP裂解产生的能量将多种底物转运到膜上,参与多种生物过程,如营养摄入、细胞解毒、脂质稳态、信号转导、病毒防御以及抗原呈递等。目前,鱼类中,只在斑马鱼、斑点叉尾鮰和鲤鱼等少数鱼类中对该基因家族进行了系统的研究,关于金鱼ABC转运蛋白基因家族的详细分析,未见报道。本研究中,我们利用三代结合二代测序技术构建的金鱼转录组参考基因集数据,鉴定出55个ABC转运蛋白基因,通过系统进化分析将它们分为8个亚家族(A^H)。即金鱼ABC转运蛋白基因是由10个ABCA、14个ABCB、13个ABCC、5个ABCD、1个ABCE、4个ABCF、7个ABCG和1个ABCH组成。同时,我们将金鱼与斑马鱼、斑点叉尾鮰和鲤鱼等物种ABC转运蛋白基因家族成员的数目进行比较分析,推测硬骨鱼类特异的第3次全基因复制(3R-WGD)和谱系特异的第4次全基因组复制(4R-WGD)对金鱼该基因家族成员数目的影响。本研究结果为金鱼ABC转运蛋白基因功能的研究提供了理论依据。     

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。     

大豆PEBP基因家族的分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP,phosphatidyl ethanolamine-binding protein)基因家族在动物、植物和微生物中广泛存在,在控制植物开花和种子休眠中起重要作用。本研究对大豆PEBP基因家族进行了分析,发现了27个大豆PEBP基因的候选序列,其中16个具有完整PEBP结构域的全长序列被认为是大豆Gm PEBP家族基因。Gm PEBP基因分布在9条染色体上,基因结构高度保守。通过系统发生分析,可将大豆Gm PEBP基因家族成员分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚族,并且发现Gm PEBP家族成员数目按照大豆物种特异性的方式进行了扩张。对重复基因的Ks分析表明,绝大多数重复基因主要由5900万年前和1300万年前的大豆基因组复制所致。     

大豆PEBP基因家族的初步分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP,phosphatidyl ethanolamine-binding protein)基因家族在动物、植物和微生物中广泛存在,在控制植物开花和种子休眠中起重要作用。本研究对大豆PEBP基因家族进行了分析,发现了27个大豆PEBP基因的候选序列,其中16个具有完整PEBP结构域的全长序列被认为是大豆Gm PEBP家族基因。Gm PEBP基因分布在9条染色体上,基因结构高度保守。通过系统发生分析,可将大豆Gm PEBP基因家族成员分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚族,并且发现Gm PEBP家族成员数目按照大豆物种特异性的方式进行了扩张。对重复基因的Ks分析表明,绝大多数重复基因主要由5900万年前和1300万年前的大豆基因组复制所致。     

百脉根TALE转录因子家族的鉴定与生物信息学分析北大核心CSCD

三胺酸环延伸(TALE)蛋白是一类在植物生长发育过程中调控分生组织分化的转录因子。本研究通过生物信息学手段从豆科模式植物百脉根(Lotus japonicus(Regel)K.Larsen)全基因组中筛选出分布于6条染色体上的40条TALE家族基因,并对其保守结构域、基因结构、系统进化、在染色体上的分布、理化性质以及部分典型基因的组织表达差异等进行分析。根据结构域不同可将百脉根TALE家族分为BELL和KNOX两个亚族;百脉根TALE家族在进化上较为保守,分化上与大豆存在较大差异;该家族基因有外显子4～6个,氨基酸序列长度在271～792之间,家族成员蛋白均为弱酸性蛋白。Realtime PCR分析表明该家族基因表达与motif元件数之间存在相关性;BELL亚族主要在顶芽表达,KNOX亚族则主要在根组织中表达。研究结果为进一步克隆百脉根TALE基因和分析其功能奠定基础。     

百脉根TALE转录因子家族的鉴定与生物信息学分析

三胺酸环延伸(TALE)蛋白是一类在植物生长发育过程中调控分生组织分化的转录因子。本研究通过生物信息学手段从豆科模式植物百脉根(Lotus japonicus(Regel)K.Larsen)全基因组中筛选出分布于6条染色体上的40条TALE家族基因,并对其保守结构域、基因结构、系统进化、在染色体上的分布、理化性质以及部分典型基因的组织表达差异等进行分析。根据结构域不同可将百脉根TALE家族分为BELL和KNOX两个亚族;百脉根TALE家族在进化上较为保守,分化上与大豆存在较大差异;该家族基因有外显子4～6个,氨基酸序列长度在271～792之间,家族成员蛋白均为弱酸性蛋白。Realtime PCR分析表明该家族基因表达与motif元件数之间存在相关性;BELL亚族主要在顶芽表达,KNOX亚族则主要在根组织中表达。研究结果为进一步克隆百脉根TALE基因和分析其功能奠定基础。     

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。     

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。     

谷子Trithlix转录因子鉴定与生物信息学分析

Trihelix转录因子家族在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等方面具有重要的作用,但是目前关于谷子Trihelix转录因子家族研究鲜见报道。本试验共鉴定到34个谷子转录因子,对其进行染色体定位、系统进化树、保守基序、基因结构和不同组织的表达分析发现,该家族成员均含有高度保守的Trihelix结构域,分为5个亚族,同一亚族含有相同的保守基序,同一亚族含有相似的基因结构,在不同的亚族中,组织表达模式不同。本研究初步明确了谷子Trihelix转录因子家族成员进化关系和结构特点,为进一步研究谷子Trihelix转录因子家族的系统发育以及生物学功能奠定了基础,为谷子的分子育种提供科学依据。     

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。     

番茄B3超家族成员鉴定及生物信息学分析

B3超家族是一类含有B3功能域(与DNA结合的高度保守结构域)的转录因子,在植物生长发育过程中起重要作用。本研究采用生物信息学的方法,利用Pfam中的B3保守结构域序列检索番茄(Solanum lycopersicum L.)蛋白序列,确定了97个B3超家族基因。对番茄B3超家族成员进行了系统进化树分析、染色体定位、结构域分析、组织表达和诱导表达分析等。番茄B3超家族分为LAV、ARF、RAV和REM 4个亚家族,每个亚家族中的数量分别为4、22、9和62个,且在进化树中形成明显不同的分支,每个亚家族都进行了系统进化和结构域分析;番茄12条染色体都含有B3超家族基因;11个成员的表达模式表明,B3超家族同一亚家族成员也具有不同的时空表达模式;在干旱、盐和高温胁迫处理下,部分成员响应强烈并且响应不同的外界信号;而对于ABA处理响应非常弱。本研究将为B3基因超家族成员的生物学功能研究提供参考。     

砀山酥梨TCP基因家族全基因组鉴定与分析

TCP蛋白是植物特有的转录因子家族之一,在植物生长和发育等多个过程起到重要作用。本研究利用生物信息学方法对砀山酥梨TCP基因家族成员、染色体定位、进化分析、亚组分类、保守域结构和保守元件进行了相关分析。结果显示,梨TCP基因家族含有34个成员;进化分析表明,根据进化树拓扑结构将其分为两类:ClassⅠ和ClassⅡ,其中ClassⅡ可被分为CYC/TB1和CIN两个小组。结构域分析表明,梨TCP基因家族TCP结构域高度保守;保守元件分析表明,梨TCP基因家族包含5个保守元件:元件1是TCP保守域;元件2为R结构域,元件3、4和5为功能尚未鉴定的结构域,所有梨TCP蛋白都含有元件1,ClassⅡ组中CYC/TB1小组包含特异元件2。以上结果将为今后揭示梨TCP基因的功能提供重要的理论基础。     

陆地棉类谷氧还蛋(GhGRL)基因家族生物信息学分析

谷氧还蛋白(glutaredoxin, GRX)是一类小分子氧化还原蛋白,可以调节蛋白质的氧化还原状态从而维持蛋白质的功能,在生物的生长发育及抗氧化反应中起着重要的作用。类谷氧还蛋白蛋白(glutaredoxin-like, GRL)是新划分的GRX类型,本研究为深入探究GRL基因家族在陆地棉中功能,对GhGRL基因家族进行生物信息学及表达分析。研究结果表明,32个GhGRL基因主要定位于细胞核,它们均具有GRX-GRX-Like保守结构域。GhGRL基因所编码的氨基酸的多重序列比对和保守序列分析发现,该家族成员序列相似性约为31.31%,大部分包含4个保守基序,同时这4个保守基序与保守结构域重叠;根据GhGRL基因的系统进化树可将32个GhGRL基因分为3亚组,基因结构分析发现该家族基因大部分无内含子;染色体定位分析显示GhGRL基因分散在19个染色体上,每条染色体上的GhGRL基因数目有很大的差别;表达谱数据分析表明,大部分GhGRL基因在根、茎、雄蕊、雌蕊、子房、叶片和花等7个组织器官中均有表达,并且有差异。以上结果有利于了解棉花GhGRL基因家族的基本情况,为深入研究该基因家族在生物学功能提供基础。     

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。     

茄科植物木糖转移酶家族基因挖掘与进化分析

木糖转移酶在植物多糖合成以及蛋白糖链修饰中起重要作用。本研究试图从全基因组水平上系统鉴定植物木糖转移酶基因保守结构域,并挖掘茄科植物中木糖转移酶家族基因新成员。研究中选取了5种茄科植物,分析鉴定了茄科植物中的木糖转移酶基因及其保守结构域,并构建得到了系统发育树。系统鉴定获得了54条木糖转移酶家族基因。其中,矮牵牛基因组中含有6条家族成员,而在本氏烟中含有11条成员。本家族成员可分为5个亚家族,其中的两个亚家族各自能进一步分为两个显著的独立枝。在鉴定得到的基因中,仅有2条拟南芥基因功能得到了鉴定,分别参与蛋白糖基化和种皮多糖合成。拟南芥每条木糖转移酶基因仅含有1个保守结构域,而此结构域覆盖各基因大片区域。各基因编码蛋白分子量较大,且表现较强的疏水性。本研究为今后针对茄科植物木糖转移酶的深入研究提供了基因靶标。     

普通烟草CESA基因家族成员的鉴定、亚细胞定位及表达分析

纤维素合成酶蛋白(cellulose-synthase proteins, CESA)是一类质膜定位蛋白,以蛋白复合体的形式存在于质膜上合成纤维素,在细胞壁建成和植物生长发育过程中起着非常重要的作用。本研究利用CESA蛋白保守域序列PF03552检索普通烟草(Nicotiana tabacum L.)蛋白序列,并通过拟南芥(Arabidopsis thaliana)10个CESA蛋白序列在普通烟草基因组数据库中利用TBLASTN程序进行比对,共获得21条NtCESA基因候选序列,对这些序列进行蛋白序列理化性质分析、系统进化树构建、基因结构分析、保守结构域及跨膜区分析和组织表达模式分析,并对NtCESA9和NtCESA14两个蛋白进行了亚细胞定位实验。结果表明：获得的21条NtCESA蛋白序列的理化性质相似;系统进化分析将21个NtCESA基因和10个AtCESA基因分成5个分支,每一个分支各成员之间的进化相对保守,基因结构类似,不同分支之间的基因结构差异也较小;NtCESA蛋白结构域相对保守,都含有CESA蛋白典型的N端锌指结构、C端跨膜区和DDD-QXXRW保守功能域;组织表达分析结果表明,大部分NtCESA基因在幼苗和成熟期烟草的根、叶、胚芽和愈伤组织中都有表达,同一个分支中的基因表达模式基本一致,并且NtCESA基因参与初/次生细胞壁纤维素的合成与该基因编码蛋白的跨膜区数目存在关联,表明NtCESA基因家族成员功能上的复杂性;亚细胞定位结果证实NtCESA9和NtCESA14为质膜定位蛋白。本研究为烟草CESA基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

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。     

芥菜WOX基因家族的全基因组鉴定与分析

WUSCHEL相关-同源盒(WUSCHEL related-homeobox, WOX)基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程中发挥重要作用。本研究利用芥菜(Brassica juncea)基因组数据,通过HUMMER、Smart等软件进行检索筛选,共鉴定出51个WOX基因家族成员。利用Expasy在线软件对这些家族成员的蛋白质分子量、氨基酸序列长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对芥菜WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将芥菜WOX基因家族分为古老支、中间支和WUS支/现代支3个亚家族。结构分析表明,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性,而不同亚家族之间呈现一定的多样性。51个WOX基因不均匀分布于芥菜18条染色体上,这些基因的启动子大多含有响应光、激素和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。利用转录组数据和实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qRT-PCR)分析发现,芥菜WOX基因的表达具有时空特异性,其中B...