杜仲脂氧合酶基因家族全基因组鉴定及其表达特性研究

LOX （脂氧合酶）是动、植物中普遍存在的一种氧合酶,在植物的生长发育和逆境胁迫中发挥重要作用。本研究在杜仲基因组范围内,利用生物信息学方法对LOX基因家族进行全面鉴定,并分析了其基因结构、定位及其所编码蛋白质的理化性质、结构特征、分类和功能等。结果显示：杜仲LOX基因家族有23条LOX基因序列,分别定位于细胞质或叶绿体中,分为9-LOX和13-LOX两个亚家族,其中9-LOX类型仅包含一个,13-LOX类型包含22个;23个LOX基因非平均分布于12条scaffolds上,一些基因发生串联分布;RNA-Seq表达结果显示6个13-LOX类型基因在杜仲叶、果、树皮和种仁中几乎没有表达,而其他17个LOX基因表达具有组织和时空表达特异性。研究结果为揭示杜仲LOX基因家族成员的功能提供重要线索,为进一步研究LOX基因家族提供理论基础。     

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。     

中国辣椒热激蛋白HSP70基因家族分析

以中国辣椒(Capsicum chinense Jacq.)基因组数据为基础, 采用生物信息学方法对中国辣椒HSP70基因家族进行全基因组鉴定分析.结果显示, 中国辣椒全基因共鉴定得到20个HSP70基因, 编码蛋白序列长度为516～854 aa, 分子量大小为56.21～94.26 kD.系统进化分析结果表明, 中国...     

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.     

高粱SBP-box基因家族全基因组鉴定及表达分析

SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN box (SBP-box)基因家族编码一类绿色植物特有的转录因子,其功能涉及作物遗传改良的许多方面,如产量、株型、抗逆性等,具有重要的实际应用价值。本研究通过生物信息学方法从高粱(Sorghum bicolor L.)全基因组中鉴定出18个SBP-box基因,分布于9条染色体上,其中8个基因位于基因组重复区域。系统发育分析表明高粱SBP-box基因家族可分为6个亚家族,其中SbSBP12、SbSBP3和SbSBP15分别与玉米ZmLG1、ZmTGA1和ZmUB2/3直系同源。基于RNA-seq数据的表达分析发现高粱SBP-box基因在花序原基中表达量最高,SbSBP9和SbSBP17为花序原基特异表达基因,SbSBP5、SbSBP8和SbSBP18等基因受外源ABA和PEG胁迫上调表达,表明SBP-box基因可能参与高粱对非生物逆境的响应。本研究为高粱SBP-box家族重要基因的克隆提供了参考,相关基因可作为高粱遗传改良的候选基因。     

谷子PAL基因家族全基因组的鉴定和表达分析

苯丙氨酸解氢酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)基因家族参与苯丙烷类代谢过程,通过调控植物抗病次生物质的合成在植物抗逆反应中发挥重要作用。为明确谷子PAL基因家族在逆境胁迫下的表达规律,该研究利用生物信息学方法对谷子PAL基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明:谷子具有11个PAL基因,在进化树中可分为3个亚家族,SiPAL7独自进化为一支。通过构建蛋白结构域发现PAL基因家族成员均含有保守的PAL结构域。启动子分析显示,PAL基因含有应答激素、逆境胁迫等多种因子的顺式作用元件,说明PAL基因广泛参与不同生物学调控过程。RT-qPCR结果显示,谷子PAL基因家族多为诱导型表达,不同光照条件下PAL基因表达量变化明显,不同基因具有不同响应模式,说明谷子PAL基因家族在参与光调节反应中发挥重要作用。谷子PAL基因高度保守,广泛响应不同非生物胁迫,具有表达特异性。该研究结果为揭示PAL基因家族在调节谷子抗性及胁迫应答过程中的作用提供了参考。     

核桃CONSTANS-Like基因家族全基因组鉴定及表达分析

基于核桃基因组鉴定核桃COL(CONSTANS-Like)家族成员,并对其进行分析,以揭示核桃COL家族的分子进化和潜在功能。以‘新新2号’(Juglans regia cv.Xinxin No.2)为材料,对COL基因家族全基因组进行鉴定及生物信息分析,并分析其在不同组织及不同时间雌花芽的表达。结果表明,核桃基因组中共存在55个COL基因,不均匀地分布在16个染色体和1个Scaffold上,依次命名为JrCOL1-JrCOL55,氨基酸为117-789 aa,分子量为12.99-86.08 kD,等电点为4.00-8.94,进化树分析将其分为3个亚族,且同一分支基因的保守基序和基因结构位置相似。启动子区的顺式作用元件分析发现JrCOL基因含有大量与光信号、植物激素、胁迫等相关的顺式作用元件。‘新新2号’中JrCOL家族基因具有组织特异性表达,其中JrCO1、JrCO7a-c、JrCO8、JrCOL23、JrCO31a-c、JrCO33、JrCOL35和JrCOL50a-f在叶片中表达量最高。对‘新新2号’雌花芽不同时间JrCOL基因的RT-qPCR分析表明,JrCOL1、JrCOL35、JrCOL50a-f和JrCOL52在‘新新2号’雌花芽中,具有一致的表达趋势,其中JrCOL50a-f在‘新新2号’雌花芽分化过程中起到重要作用。在核桃基因组中鉴定出55个COL家族基因,分为3个亚家族,不均匀地分布在16个染色体和1个Scaffold上,结构进化保守,组织表达模式多样。推测JrCOL家族基因在核桃叶片发育过程中发挥重要功能。     

甘蓝型油菜WRKY基因家族碱基组成及密码子使用特性分析

WRKY转录因子广泛地参与植物的抗逆防卫反应。通过对甘蓝型油菜WRKY基因家族碱基组成和密码子用法的分析,发现其碱基组成不仅对密码子的偏好性选择有重要影响,而且与基因的表达水平参数(Nc、CAI、CBI等)显著相关。通过对密码子RSCU值的分析,得到了TTA、CTT、AGA等29个偏好密码子,且多以碱基A或T结尾。ENc-plot分析表明,除了碱基组成之外,自然选择等其它因素对密码子偏好性也有影响。     

甘蓝型油菜每角果粒数全基因组关联分析

为挖掘甘蓝型油菜每角果粒数显著关联单核苷酸多态性（SNP）位点及相关候选基因。本研究以300份甘蓝型油菜自交系为试验材料,对甘蓝油菜每角果粒数进行一年两地表型考察,并结合该群体前期开发的201 817个SNPs标记,采用一般线性模型（GLM）和混合线性模型（MLM）进行全基因组关联分析（GWAS）,此外,对性状显著关联SNP位点两侧100 kb区域内相关候选基因进行功能预测。300份甘蓝型油菜每角果粒数在两地均表现出广泛的表型变异,筛选出2份每角果粒数较多的油菜种质资源。基于GLM模型检测到39个与油菜每角果粒数显著关联SNPs,采用MLM分析发现,两地共检测到的3个每角果粒数显著关联SNPs位点均在GLM检测到。8个位点附近找到CIK,ERF022和EDE1等19个拟南芥已报道角果籽粒发育相关的同源基因。研究结果有助于解析甘蓝型油菜每角果粒数的遗传基础,为研究每角果粒数的调控机制、指导每角果粒数的遗传改良奠定基础。     

花楸树HSP70基因家族鉴定及其应答非生物胁迫表达分析

热激蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)在植物生长发育和非生物胁迫响应过程中发挥着重要作用。研究HSP70基因家族,能够弥补花楸树(Sorbus pohuashanensis)抗性相关基因研究的不足。本研究利用生物信息学方法对花楸树基因组中的HSP70基因家族进行了鉴定,并对其基因结构、系统发育关系、染色体定位和非生物胁迫下的表达进行了分析。分析结果表明,花楸树基因组中共包含22个HSP70基因家族成员,它们不均匀地分布在13条染色体上,根据系统发育关系将其分为5组,较多分组中的基因都具有相似的基因结构和保守基序。从22个HSP70基因中鉴定到两对串联重复基因和涉及13个基因的13个片段重复事件,且每一对基因的Ka/Ks值都小于1,说明花楸树HSP70基因家族在进化过程中受到了纯化作用。花楸树HSP70基因的启动子区域中存在多种与非生物胁迫相关的顺式作用元件,且随机挑选的6个HSP70基因对高温、NaCl盐以及干旱胁迫都具有不同程度的响应。这些研究结果为HSP70基因的功能分析以及花楸树的遗传改良奠定了理论基础。     

甘蓝型油菜BnaLPAT2基因克隆与生物信息学分析及载体构建

为进一步研究甘蓝型油菜BnaLPAT2基因,通过TAIR网站查找拟南芥AtLPAT2 (AT3G57650),在Brassica Database数据库检索到4条甘蓝型油菜LPAT2序列,据此设计引物,通过RT-PCR合成c DNA,得到4条CDS序列,其大小依次为1 173 bp、1 167 bp、1 173 bp、1 155 bp,分别命名为BnaLPAT2-1～BnaLPAT2-4。4个BnaLPAT2蛋白通过生物信息学预测分析显示:BnaLPAT2编码的氨基酸在384～390之间,理论分子量介于43 226.59～43 730.17 Da之间。甘蓝型油菜LPAT2蛋白的二级结构和跨膜区大致相同,均由LPLAT superfamily、PlsC superfamily、Acyltransf_C superfamily结构域组成,且具有较近的亲缘关系。从基因结构发现:4个BnaLPAT2均含有相同的外显子和内含子数,分别位于C08、A09、A07和A04染色体上。分析表明,克隆获得的4个甘蓝型油菜BnaLPAT2为该基因家族成员。为进一步研究甘蓝型油菜LPAT2基因的功能,我们通过双酶切技术,构建pBI121-LPAT2-napin载体,并转化根癌农杆菌GV3101。     

葡萄TST基因家族鉴定及表达分析

【目的】液泡膜糖转运蛋白（tonoplast sugar transporter,TST或者TMT）是植物发育过程中发挥重要作用的一种糖转运蛋白。为探究该基因家族在葡萄生长发育中的作用,并进一步为阐明TST基因功能提供坚实的基础。【方法】通过同源分析法从葡萄基因组中鉴定出13个TST基因,对基因的结构和编码蛋白质进行生物信息学分析;利用qRT-PCR技术分析‘鄞红’葡萄发育过程中不同组织的TST表达水平,并与不同时期葡萄果肉中可溶性糖含量进行相关性分析。【结果】结果表明：该基因家族分布在6条染色体上,存在3对片段重复和3对串联重复基因;根据系统发育将其分为3个亚家族,各亚族家族成员结构相似;顺式作用元件表明TST基因含有大量与激素、光和胁迫响应相关的顺式作用元件;蛋白质结构均显示该家族由α-螺旋和无规则卷曲组成,各亚族蛋白模型相似;qRT-PCR结果显示,VvTST在不同组织中均有表达,并存在时空表达特异性;对葡萄果肉中基因表达量变化与可溶性糖含量变化进行相关性分析发现,4个VvTST（VIT_18s0001g12560、VIT_18s0122g00850、VIT_04s0023g01860和VIT_03s0038g03940）的表达水平与葡萄果肉中可溶性糖的积累呈现相似趋势。【结论】上述研究结果表明,VvTST可能对葡萄果肉中可溶性糖积累起到至关重要的作用。     

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。     

甘蓝型油菜BnaCIPK15基因的表达分析与功能鉴定

CBL-CIPK是高等植物中广泛存在的一类解析Ca~(2+)信号的蛋白。该研究在前期工作基础上,对甘蓝型油菜(Brassica napus L.)的BnaCIPK15基因进行了亚细胞定位、双分子荧光互补(BiFC)、酵母双杂交和qRT-PCR检测等一系列分析,以探究BnaCIPK15蛋白在ABA激素响应中的作用。结果显示:(1)亚细胞定位发现,BnaCIPK15蛋白定位于细胞质和细胞核中; BiFC分析发现,BnaCIPK15蛋白与BnaCBL1/3/4/9蛋白之间的互作较强,与BnaCBL10仅有微弱互作。(2)qRT-PCR检测发现,BnaCIPK15基因受ABA和冷胁迫的诱导极显著上调表达,而对百草枯(Paraquat)、活性氧(H_2O_2)和热胁迫的诱导较弱,表明BnaCIPK15基因很可能参与ABA和冷胁迫的调控过程。(3)酵母滴定实验结果显示,BnaCIPK15蛋白与脱落酸(ABA)信号通路中的BnaHAB1蛋白(属于蛋白磷酸酶PP2C家族)存在明显的互作,而与BnaABFs/AREB3/ABI5转录因子无明显互作;BiFC验证显示,BnaCIPK15与BnaHAB1蛋白之间存在互作信号,而BnaCIPK15与BnaHAB2组合没有观察到信号,证明BnaCIPK15与BnaHAB1磷酸酶具有特异互作特征,推测BnaCIPK15可能参与调控ABA信号转导。研究认为,甘蓝型油菜中可能存在基于BnaCIPK15-BnaHAB1的互作模块,并参与ABA的信号转导和网络调控。     

甘蓝型油菜扩展蛋白家族的全基因组鉴定及其对缺硼胁迫响应的差异分析

以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)硼高效品种‘青油10号’和硼低效品种‘Westar 10’为研究对象,采用生物信息学分析、转录组测序和实时荧光定量PCR技术,鉴定其基因组中扩展蛋白的家族成员,并对该基因家族响应缺硼胁迫的表达差异进行分析。结果显示,甘蓝型油菜基因组中包含109个扩展蛋白,可分为4个亚家族,包括:79个扩展蛋白A(BnaEXPAs)、21个扩展蛋白B(BnaEXPBs)、5个类扩展蛋白A(BnaEXLAs)和4个类扩展蛋白B(BnaEXLBs)。同一亚家族中的扩展蛋白具有相对保守的基因结构和蛋白质基序组成。这些扩展蛋白基因分布在19条染色体上,其中10个位于硼高效QTL区间内。转录组测序分析结果表明,缺硼胁迫时‘青油10号’的根、幼叶和老叶中分别有40、18和30个扩展蛋白基因显著上调或下调表达;而‘Westar10’中分别有27、24和41个扩展蛋白基因显著上调或下调表达。其中‘青油10号’根中的BnaC04.EXPA6a,幼叶中的BnaA09.EXPA5以及老叶中的BnaA09.EXPA16、BnaC04.EXPA3、BnaCnn.EXPA5b和BnaA03.EXPA8基因的表达水平均显著高于‘Westar10’。研究结果说明甘蓝型油菜基因组中扩展蛋白基因家族数量庞大,其中高、低效品种间和不同硼水平中差异表达的扩展蛋白可能在甘蓝型油菜低硼适应性中发挥重要作用。     

小拟南芥MKK基因家族全基因组鉴定及进化和表达分析

丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase,MAPKK或MKK)是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)级联的重要组成部分,在植物的生长发育和胁迫应答过程中发挥重要作用。目前,已在多种植物中鉴定了MKK基因家族,但在十字花科植物小拟南芥(Arabidopsis pumila)中MKK基因家族的系统鉴定与分析尚未见报道。为了探索小拟南芥MKK基因家族的进化和功能,本研究通过全基因组分析鉴定了小拟南芥中16个MKK基因,散布于小拟南芥的10条染色体上。基于系统发育分析和多重序列比对,将这些基因分为5个亚族:A亚族(5个)、B亚族(2个)、C亚族(4个)、D亚族(3个)和E亚族(2个)。分子进化和共线性分析表明小拟南芥中存在7对复制基因,分别是ApMKK1-1/1-2、ApMKK2-1/2-2、ApMKK3-1/3-2、ApMKK4-1/4-2、ApMKK5-1/5-2、ApMKK9-1/9-2和ApMKK10-1/10-2,其中ApMKK1-1/1-2在复制事件之后发生了加速进化。结合ApMKKs启动子区的顺式元件分布和ApMKKs在成熟叶片、茎、花和果实以及盐胁迫下的表达模式,结果发现复制基因的表达具有组织特异性和功能多样性。部分复制基因在组织中的表达模式存在差异,但在盐胁迫下的表达模式却基本相同。本研究结果为解析MKK介导的小拟南芥发育过程和非生物胁迫信号转导通路的复杂机制奠定了基础。     

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...     

甘蓝型油菜水苏糖合成酶基因克隆及表达分析

以甘蓝型油菜品种‘德油5号’为试材,采用RT-PCR和RACE方法首次从油菜中获得水苏糖合成酶基因cDNA全长序列,命名为BnSTS,GenBank登录号为HQ285880.1。该cDNA全长3 210bp,包含一个长为2 619bp的开放阅读框,编码873个氨基酸。通过构建原核表达载体,成功表达出预期蛋白。同源性比对结果显示,该基因编码蛋白与拟南芥STS相似性最高为82.08%。荧光定量PCR结果显示,基因表达水平与油菜种子发育过程中水苏糖含量变化具有相关性,与种子脱水耐性的获得具有时间一致性。该基因可能在种子脱水耐性形成机制中具有一定的作用。     

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。     

杜仲全基因组WRKY转录因子基因家族鉴定及表达分析

WRKY转录因子基因家族是植物特有的基因家族之一,在植物整个生长发育、生物和非生物胁迫等生物过程中发挥重要调控作用.为进一步揭示杜仲WRKY转录因子家族成员信息,本研究利用生物信息学方法对杜仲(Eucommia ulmoides)WRKY转录因子家族成员进行鉴定,并对其进化关系、基因结构、理化性质、染色体定位和基因表达...