普通烟草LBD基因家族的全基因组序列鉴定与表达分析

LBD是一类具有LOB(lateral organ boundaries)结构域的基因家族,在植物发育过程中起到非常重要的作用。采用生物信息学方法,根据拟南芥LBD基因序列鉴定了普通烟草基因组中的LBD基因,并对家族成员进行了序列特征、系统发育和表达谱分析。结果表明:普通烟草基因组中共有98个LBD基因成员,其基因结构相对简单,一般含有1~3个外显子。LBD基因家族可分成I和II两大类,两类均含有CX_2CX_6CX_3C保守结构域,但II类不含有LX_6LX_3LX_6L形成的"卷曲螺旋"二级结构,根据与拟南芥LBD蛋白构建的系统发育树则可细分成5个亚家族(Ia、Ib、Ic、Id和II)。将LBD基因与表达序列标签(EST)比对,发现36个基因有EST证据;EST、芯片数据和转录组数据分析表明:LBD基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。这些研究结果为普通烟草LBD基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

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。     

普通烟草ARF基因家族序列的鉴定与表达分析

ARF(AUXIN RESPONSE FACTOR)基因含有一个B3功能域和具有转录激活或抑制活性的中心功能域,在植物发育过程中起到非常重要的作用。本研究采用生物信息学方法,根据拟南芥ARF基因序列鉴定了普通烟草基因组中的ARF基因,并对家族成员进行了序列特征、系统发生、亚细胞定位和表达模式分析。目前在普通烟草基因组中共得到50个ARF基因成员,其基因结构相对复杂,一般含有10个外显子。亚细胞定位结果表明,少数ARF蛋白定位到线粒体或叶绿体,大多数未检测到定位信号。转录组数据分析表明,ARF基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。这些研究结果为普通烟草ARF基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

马铃薯bHLH转录因子家族全基因组鉴定与表达分析

对马铃薯bHLH转录因子进行全基因组鉴定与表达模式分析,为其生物学功能研究提供借鉴.基于马铃薯基因组数据库和Pfam数据库,运用HMMER对马铃薯bHLH家族成员进行全基因组鉴定,剔除冗余序列后,利用ExPASy和MEME软件对候选序列进行基本理化性质及保守元件分析,并使用MEGA-X软件进行聚类分析;用MG2C和TB...     

芝麻MATE基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物为了维持其生命系统的正常运转,需要对各种代谢产物和毒素进行转运和排出.多药与毒性化合物排出转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在多种底物和毒素的运输中起到重要作用.本研究利用生物信息学手段对芝麻MATE基因家族进行了全基因组分析,鉴定得到67个MATE基因,分布于全部13条染色体上,亚细胞定位预测表明这些基因主要位于质膜上.串联复制和全基因组复制是芝麻MATE基因家族扩增的主要动力.比较基因组学分析发现在芝麻和拟南芥中具有许多共线性的MATE基因,且大部分串联复制SiMATE基因产生于芝麻和拟南芥分化之后.系统进化分析可将芝麻MATE成员分为4个亚家族,大部分相似功能的己知植物MATE成员被聚在同一分枝中,进化树中关系较近的芝麻MATE成员往往具有相似的基因结构和保守基序.基因表达分析表明一半以上的SiMATE基因具有组织表达特异性.这些结果为芝麻MATE基因功能的研究提供了重要参考.     

芝麻MATE基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物为了维持其生命系统的正常运转,需要对各种代谢产物和毒素进行转运和排出.多药与毒性化合物排出转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在多种底物和毒素的运输中起到重要作用.本研究利用生物信息学手段对芝麻MATE基因家族进行了全基因组分析,鉴定得到67个MATE基因,分布于全部13条染色体上,亚细胞定位预测表明这些基因主要位于质膜上.串联复制和全基因组复制是芝麻MATE基因家族扩增的主要动力.比较基因组学分析发现在芝麻和拟南芥中具有许多共线性的MATE基因,且大部分串联复制SiMATE基因产生于芝麻和拟南芥分化之后.系统进化分析可将芝麻MATE成员分为4个亚家族,大部分相似功能的己知植物MATE成员被聚在同一分枝中,进化树中关系较近的芝麻MATE成员往往具有相似的基因结构和保守基序.基因表达分析表明一半以上的SiMATE基因具有组织表达特异性.这些结果为芝麻MATE基因功能的研究提供了重要参考.     

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。     

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。     

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。     

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。     

薰衣草DXS基因家族的全基因组鉴定和表达分析

脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, DXS)是植物萜类生物合成甲基苏糖醇磷酸(methylerythritol phosphate, MEP)途径的第一个关键酶,在薰衣草(Lavandula angustifolia)萜类物质的生物合成中起重要作用。本研究中,通过薰衣草全基因组序列分析发现了DXS家族(命名为LaDXS)的22个成员,处于4个进化分支中。多数LaDXS是以α-螺旋和无规则卷曲为主的稳定性蛋白,其氨基酸数量在143～848,分子量为15.6～91.4 kDa,没有明显的信号肽和跨膜结构域,其中72%的成员定位于叶绿体。基因表达分析结果显示LaDXS在薰衣草不同组织中具有差异表达,La23G00913和La07G01277在除花瓣以外的各组织中的表达量显著;La11G00786、La17G01254和La22G01334在花蕾及花萼中的表达量最高,这可能与薰衣草精油中萜类合成密切相关。启动子分析结果显示它们受光强度、茉莉酸甲酯以及脱落酸等多种因素调节。RT-qPCR分析确认La11G00786、...     

普通烟草RAV家族基因结构与功能分析

揭示RAV基因在普通烟草中的表达过程及其在生物和非生物因子胁迫下的作用,对于烟草抗逆育种具有重要意义。采用生物信息学手段和qRT-PCR技术分别对普通烟草RAV家族基因进行生物信息学分析、研究该基因在低温和脱落酸(ABA)诱导下的表达模式。分析发现,与拟南芥RAV基因同源的普通烟草RAV基因序列有6条,且与茄科植物同源关系较近;通过结构组成分析,发现RAV蛋白主要由无规则卷曲、α-螺旋和延伸链组成,该家族基因氨基酸序列基本含有AP2和B3结构域,且两个结构域均具有非常强的保守性;表达模式分析显示,普通烟草RAV基因表达部位呈现出明显的组织特异性,且低温和ABA均能诱导该基因上调表达,表明该基因在烟草响应非生物胁迫中发挥重要作用。     

油桐NPR1家族全基因组鉴定及表达模式分析

本研究利用油桐(Vernicia fordii)基因组数据鉴定出3个NPR1家族成员,并将其命名为VfNPR1、VfNPR3、VfNPR5.通过生物信息学分析方法,分析了其理化性质、亚细胞定位、染色体分布、保守结构域、基因结构及启动子顺势作用元件等,研究了大戟科5个物种及拟南芥NPR1家族成员的进化关系,并利用转录组测...     

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。     

西洋梨水孔蛋白基因家族的全基因组鉴定及表达分析

水孔蛋白(AQPs,aquaporins)是高效转运水分子的膜内在蛋白,具有丰富的多样性,在调控植物的水分关系中有重要作用。本研究利用西洋梨(Pyrus communis L.‘Bartlett’)基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定西洋梨PcAQPs基因家族成员;并利用MEGA 6.0.5软件,采用邻接法构建系统发育树;利用GSDS 2.0软件进行基因结构分析,MEME程序进行Motif分析,AgBase v2.00程序进行GO分析;采用半定量RT-PCR技术研究PcAQPs基因组织表达情况。结果表明,西洋梨基因组中共有54个PcAQPs家族成员,均含有AQP特征结构域和保守的Motif基序,根据基因结构及系统进化分析可分为PIP、TIP、NIP和SIP等4个亚家族。不同基因间结构差别较大,但聚类关系较近的基因其结构类似。GO分析发现,多数PcAQPs基因具有转运蛋白活性,参与物质转运、应激反应、发育和代谢等生物学过程,但不同亚家族成员构成的细胞组分及参与的生物学过程具有明显差异。半定量结果表明,大多数PcAQPs基因在根、茎、叶和果实中均有表达,而且不同基因家族、不同基因间的组织表达模式存在差异。该研究为今后西洋梨PcAQPs基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

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。     

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。     

黑曲霉TRK基因家族的全基因组鉴定与分析

TRK是一种与钾离子吸收转运相关的基因,在调节生物体生命活动方面起着重要的作用。本研究建立在黑曲霉(Aspergillus niger)基因组数据库基础上,利用生物信息学手段鉴定黑曲霉TRK基因家族成员,分析其基因结构特征和系统进化关系;并利用MEGA 6.06软件,采用最大似然法(MLT)构建系统发育树;使用PAL2NAL软件进行da/ds估算,利用GSDS 2.0软件进行基因结构分析,MEME程序进行Motif分析。在黑曲霉基因组中共鉴定TRK基因家族4个成员:An Trk1、An Trk2、An Trk3、An Trk4,发现均含有TRK特征结构域和保守的Motif基序,不同基因间结构差异较大,但聚类关系较近的基因其结构相似。黑曲霉中TRK基因家族成员在基因结构特征等方面与酵母存在着显著差异,亲缘关系和蛋白互作网络分析进一步验证了这个结论,因此推断黑曲霉中TRK基因还存在其他的调节途径,这个结论为进一步研究黑曲霉TRK渗透胁迫相关蛋白功能、作用机制提供理论依据,从而为了解黑曲霉的渗透调节机理奠定基础。     

香樟全基因组WRKY基因家族的鉴定与分析

WRKY转录因子基因家族是植物特有的一类基因,在植物次生代谢、生物和非生物胁迫中起着重要的调节作用。本研究通过生物信息学方法,在香樟(Cinnamomum camphora(L.) Presl.)全基因组中鉴定了60个WRKY基因(CcWRKY),并将其分为GroupⅠ～Ⅲ,其中,GroupⅠ和Ⅲ的成员发生了收缩现象;片段复制是CcWRKY基因扩张的主要驱动力;GroupⅠ有完整的WRKY结构域和锌指基序,但GroupⅡ、Ⅲ存在结构域和锌指基序的丢失和变异现象;CcWRKY基因的启动子区域具有激素类和胁迫类响应顺式作用元件;基因表达分析结果显示,在贫瘠环境(未施肥)中大多数CcWRKY基因在香樟各个组织中高表达,而环境适宜(施肥)条件下,基因表达量降低。