紫苏硬脂酰-ACP脱氢酶基因家族鉴定及表达分析北大核心CSCD

硬脂酰-ACP脱氢酶(SAD)催化硬脂酸脱氢生成油酸,是形成不饱和脂肪酸的关键酶。该研究从紫苏转录组数据库中筛选鉴定紫苏硬脂酰-ACP脱氢酶(PfSAD)家族基因,并进行生物信息学分析及保守功能域分析,用qRT-PCR技术检测PfSADs各成员在不同组织中的表达特性,以探讨PfSAD家族基因在调控种子脂肪酸组分中的作用,为紫苏脂肪酸组分的遗传改良提供基因元件。结果显示:(1)从该课题组前期自测的紫苏转录组数据库中共检测出6个PfSAD家族基因,其编码蛋白的氨基酸长度介于367~396 aa之间,均具有SAD的保守结构域和二铁中心,预测其基因编码蛋白均定位于叶绿体。(2)多序列比对结果显示,紫苏PfSADs蛋白序列与拟南芥、蓖麻及可可等植物的SAD蛋白序列相似性均在50%以上;系统进化分析显示,6个紫苏SAD蛋白被分为3个亚组,其中第一个亚组包含PfSAD1,第二亚组包含PfSAD2、PfSAD3,第三亚组包含PfSAD4、PfSAD5和PfSAD6。(3)实时荧光定量PCR分析发现,PfSADs各成员在‘晋紫苏1号’不同组织中的表达量差异显著,其中PfSAD1主要在叶中表达,PfSAD2、PfSAD3、PfSAD4和PfSAD5在种子中表达量较高,PfSAD6在花中具有显著表达优势。研究表明,PfSADs具有典型的保守基序及催化SAD的活性中心,其各成员在不同的组织中高表达,推测这6个基因均参与了硬脂酰ACP(C18∶0-ACP)脱氢生成油酰基ACP(Δ9C18∶1-ACP)的过程,在紫苏油脂合成代谢过程中发挥重要作用。     

‘沙糖橘’S蛋白同源基因CrSPH的克隆与表达分析

该研究利用组学方法从续随子(Euphorbia lathyris)基因组数据库中鉴定出续随子溶血磷脂酸酰基转移酶(lysophosphatidic acid acyltransferase, LPAT)家族基因,并对其基因结构、蛋白理化性质、进化关系进行生物信息学分析,利用qRT-PCR等技术对该基因家族的时空表达特性进行分析,以探讨ElLPAT家族基因在调控种子脂肪酸生物合成中的作用。结果表明：(1)从续随子基因组共检测出5个LPAT家族基因,分别命名为ElLPAT1~5;ElLPAT1~5基因编码氨基酸长度介于237~388 aa之间,理论等电点在6.23~9.56之间。(2)系统进化分析显示,5个ElLPATs蛋白分别属于3个亚类,其中ElLPAT1属于1型LPAT,ElLPAT2和ElLPAT3属于2/3型LPAT,ElLPAT4和ElLPAT5属于4/5型LPAT。(3)实时荧光定量qRT-PCR结果显示,5个ElLPATs基因在续随子不同组织中均有表达,ElLPAT1和ElLPAT4在各组织中表达量较低;ElLPAT2在各组织中表达量较高,且在种子中表达量最高。研究推测,ElLPAT2在续随子种子油脂合成代谢过程中可能发挥重要作用。     

苋菜甜菜红素合成相关基因AmMYB1的克隆及表达分析

应用RACE技术,从‘大红’苋菜中克隆到1条MYB基因cDNA全长序列,命名为AmMYB1(登录号为KU557504)。AmMYB1基因开放阅读框为723bp,可编码240个氨基酸。其基因组序列与cDNA比对后显示,AmMYB1基因含有1个内含子。生物信息学分析表明,AmMYB1具有2个连续的MYB结构域,是一个典型的R2R3-MYB;同源分析显示,该基因编码的氨基酸序列与甜菜红素相关BvMYB1的一致性最高,达到54%。亚细胞定位结果显示,AmMYB1蛋白定位于细胞核。实时荧光定量PCR分析表明,AmMYB1基因在‘大红’苋菜叶片红色部位的表达量高于绿色部位;在甜菜红素含量高的叶和茎中表达量明显高于根;在光照条件下表达量高于遮光处理;在红叶品种中的表达量高于绿叶品种。研究结果表明,AmMYB1基因可能是苋菜甜菜红素合成途径中重要的正调控因子。     

水母雪莲花青素合成相关基因的克隆及表达

为研究高山植物水母雪莲对强紫外辐射的分子适应机制,采用RT PCR结合RACE技术从水母雪莲中克隆了参与调控花青素合成的相关基因(SmMYB1),并采用hi TAIL PCR方法扩增了该基因的启动子序列。结果表明：(1)序列分析显示,SmMYB1基因cDNA序列(GenBank 登录号 MT188353)全长1 011 bp,编码269个氨基酸,gDNA序列含有2个内含子和3个外显子。(2)生物信息学分析显示,SmMYB1基因编码蛋白和菊科MYB蛋白亲缘关系最近,含有保守的［DE］Lx(2)［RK］ x(3)Lx(6)Lx(3)R和ANDV两个模体,属于拟南芥MYB第六亚族。SmMYB1基因启动子(GenBank 登录号 MT188354)全长1 407 bp,含有多个光响应元件。(3)荧光定量分析发现,SmMYB1基因在根、茎、叶和花中均表达,且在花中的表达量最高;在紫外胁迫下,SmMYB1基因的表达量在4 h达到最高,随后逐渐降低。研究推测SmMYB1基因可能参与调控水母雪莲花青素的合成以及对紫外辐射的响应过程。     

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。     

茄子TCP基因家族全基因组的鉴定与分析

TCP (teosinte branched1/cincinnata/proliferating cell factor)转录因子是植物特有转录因子家族,在植物整个生长发育过程中都有着很重要作用。目前,在茄子(Solanum melongena L.)中还没有关于TCP转录因子的相关报道。本研究利用生物信息学方法在茄子基因组数据库中鉴定出分布于11条染色体上的29个茄子TCP家族基因(eggplant TCP,SmTCP)。研究结果显示,该家族所有成员均含有编码TCP保守结构域的序列。这些成员氨基酸长度范围为201–538 aa,外显子数为1或2。亚细胞定位显示,有3个SmTCP (SmTCP02/03/21)蛋白位于细胞质中,其他SmTCP蛋白都位于细胞核中。系统发育树和序列特征分析均将29个SmTCP基因分成ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CIN和CYC/TB1)两大类。共线性分析发现,17对(21个)SmTCP基因存在共线性关系,且这些存在共线性关系的基因都属于片段复制。基因表达模式分析显示,29个SmTCP基因家族成员在15个组织或器官中都有表达,但是不同成员的表达模式存在差异,其中CIN亚家族的4个基因(SmTCP18/19/20/25)在3个不同生长期的叶片中均较高表达。SmTCP启动子区域的顺式作用元件分析共发现4类顺式作用元件。本研究从多个角度分析了SmTCP基因分子基础,研究了TCP转录因子对茄子生长发育的影响,为茄子分子育种提供理论参考。     

白菜CesA基因家族鉴定及表达模式分析

为探究CesA基因家族在白菜生长发育及纤维素合成过程中的作用机制,该文通过生物信息学的方法,以白菜的全基因组序列为研究区域,进行理化特征、基因结构、进化特征、保守基序及结构域、顺式作用元件和组织表达等鉴定分析。结果表明:(1)共鉴定出16个编码纤维素合成酶亚基的CesA基因,该家族成员所编码蛋白的理论等电点为4.76～9.12,相对分子量为17.76～122.67 kD,长度为153～1 089 aa。(2)15个基因不均匀地分布于白菜的7条染色体上,Bra036008定位于scaffold上。(3)大部分成员包含4～14个外显子,1～11个保守基序。(4)该家族具有保守的DDD-QXXRW 保守功能域。(5)该家族编码蛋白主要分布在质膜上,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主,多数成员都含有CesA蛋白典型的N端、C端和跨膜区。(6)CesA基因在茎中表达量相对较高,其中Bra011865、Bra023952和Bra029874在茎、叶、花中显著表达。该研究结果为后续深入研究CesA基因功能以及白菜生长发育研究奠定了基础。     

芥菜型油菜WRKY71转录因子基因家族的鉴定及表达分析

WRKY转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育及逆境胁迫中起重要作用。该研究在芥菜型油菜基因组概览测序的基础上,采用RT PCR技术克隆了4个芥菜型油菜WRKY71s基因,分别命名为BjuWRKY71 1 4。生物信息学分析表明,BjuWRKY71 1 4基因开放阅读框（ORF）分别为822、840、834和855 bp,分别编码273、279、277和284个氨基酸,预测分子量和等电点分别为30.80、27.11、31.58、32.18 kD和7.75、9.08、8.35、7.76。系统进化树分析表明,BjuWRKY71 1 4与白菜WRKY71转录因子相似性最高。亚细胞定位预测分析结果显示,BjuWRKY71s蛋白均定位于细胞核。这4个基因分别定位到芥菜型油菜的A09、B04、A07和scaffold144上。qRT PCR结果表明,4个BjuWRKY71s基因在高盐、脱落酸和低温胁迫下都有响应。在盐胁迫下, BjuWRKY71 3的表达量呈持续上升趋势,而其他3个基因在6 h时表达量达到最大,然后降低;在ABA处理下,BjuWRKY71s基因于6 h时表达量最大,随后逐步降低;低温处理后,BjuWRKY71s基因受低温诱导都显著上调表达。BjuWRKY71 4在该研究的3个胁迫条件下响应最为敏感。研究结果为进一步探讨该基因家族对芥菜型油菜逆境调控机制奠定了基础。     

大豆GolS基因家族鉴定及盐旱胁迫下的表达分析

肌醇半乳糖苷合成酶（galactinol synthase,GolS）是棉子糖家族寡糖（raffinose family oligosaccharides,RFOs）生物合成途径中的关键酶,在植物对非生物胁迫的反应中发挥重要作用。然而,关于大豆（Glycine max）GolS基因家族成员的分子结构特征还未见研究报道。本研究在全基因组水平上鉴定了6个大豆GolS基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、进化关系、基因结构、保守基序、二级结构、三级结构、组织特异性表达模式以及盐和干旱胁迫下的表达量进行了分析。结果表明：6个大豆GolS基因不均匀地分布在4条染色体上,6个大豆GolS蛋白的等电点为5.45-6.08,分子量变化范围为37 567.07-38 817.59 Da,氨基酸数量为324-339 aa;亚细胞定位预测结果发现4个蛋白定位在叶绿体上,2个蛋白定位在细胞质。系统进化树分析表明,大豆GolS基因家族成员在进化树中呈现出两两紧邻的现象,在进化上较为保守。6个基因成员含有的外显子数目为3或4。二级结构和三级结构预测表明,该家族所有成员蛋白质的空间结构主要由α螺旋和无规则卷曲结构组成,有较少的β转角结构和延伸链结构。组织特异性表达分析表明,6个GmGolS家族成员在种子、根、根毛、花、茎、豆荚、根瘤和叶中均有不同程度表达。基于qRT-PCR的表达分析显示,盐旱处理后所有GmGolS基因成员表现出不同程度的上调表达,表明这些基因可能与植物的耐盐抗旱响应有关。本研究结果为后续开展大豆GolS基因的功能解析奠定了基础。     

小麦MBD基因家族的鉴定和特征分析

MBD蛋白是一类与甲基化DNA结合的反式作用因子,在植物生长发育调控过程中发挥重要功能。该研究以‘中国春’小麦为材料,利用生物信息学方法分析了小麦基因组中MBD基因家族成员的组成、序列特征、染色体定位和表达模式,利用qRT-PCR技术分析TaMBD6和TaMBD9基因的时空表达模式。结果显示:(1)小麦MBD基因家族包含16个成员(44个基因位点)分布于第1、2、5、6和7号染色体群;聚类分析表明,小麦MBD蛋白分别属于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ和Ⅷ亚类,其中第Ⅱ、Ⅲ和Ⅷ亚类的MBD蛋白含有5个识别甲基化DNA的保守位点;基因结构分析显示,小麦MBD基因家族成员的内含子数目在1～10之间,启动子区域普遍存在光响应和激素应答元件,且基因组结构特征在同一亚类内高度相似。(2)RNA-Seq数据的基因表达谱分析显示,小麦MBD基因家族多数成员在穗和籽粒发育早期均有较高的表达水平,而且部分成员对干旱和热胁迫有明显响应。(3)qRT-PCR分析显示,TaMBD6和TaMBD9的3个部分同源基因在不同组织间差异表达,但均在幼穗中表达量最高。结果表明,小麦MBD基因可能在小麦发育及非生物胁迫响应过程中发挥调控功能,为进一步探讨小麦MBD基因的功能奠定了基础。     

水稻NAM基因家族的全基因组鉴定及表达分析

植物特异性转录因子NAM家族从属于NAC转录因子超家族,在植株生长发育、生理代谢以及应对各种胁迫反应中均发挥重要作用。该研究采用生物信息学方法鉴定水稻基因组中的NAM基因,分析其时空表达模式、亚细胞定位以及蛋白相互作用,并采用实时定量qRT PCR方法分析不同外源激素(如SA、ABA和MeJA)以及非生物胁迫(包括干旱、盐和冷)处理下各NAM基因的表达特征,为进一步探索NAM基因在非生物胁迫中的功能和应激机制以及激素调控途径奠定基础。结果显示：(1)从水稻基因组中共鉴定出48个NAM基因,进化分析将其分为5个亚家族;NAM基因在水稻基因组中存在9对片段复制事件。(2)组织表达分析显示,NAM基因在水稻不同组织及发育时期表现特异性表达,特别是叶鞘、茎和节的生长过程中高表达,且大多数是核定位,并存在多种蛋白互作。(3)实时定量qRT PCR表达分析显示,10个NAM基因在不同组织中均特异表达;大部分NAM基因在盐和干旱胁迫下表达上调,而在冷胁迫下表达降低;SA、ABA和MeJA处理均可显著改变各NAM基因的表达水平。研究表明,NAM基因在水稻生长发育、激素应答和非生物胁迫响应中具有重要作用。     

辣椒ARF基因家族的鉴定与表达分析

为进一步研究辣椒ARF(Auxin Response Factor)基因家族在其生长发育及逆境胁迫中的作用,利用生物信息学方法从辣椒基因组中鉴定出20个ARF基因,这些基因不均匀地分布在辣椒12条染色体上。进化关系显示辣椒ARF基因可分为ClassⅠ和Ⅱ两大类,进一步可细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅰe、Ⅱa和Ⅱb等7个亚类。基因结构图表明,该基因家族由1~15个外显子构成,且各基因在不同发育时期不同组织中的表达量不同,具有一定的特异性。qRT-PCR结果表明,高盐胁迫可以明显激活或抑制ARF基因家族的表达。     

西葫芦CCD基因家族鉴定及其在果实发育中的表达北大核心CSCD

类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenase,CCD)是类胡萝卜素氧化裂解途径中的关键酶,在植物生长发育、香气形成及胁迫响应等过程中均发挥着重要作用。该研究运用生物信息学方法从西葫芦全基因组中鉴定出13条具有完整RPE65保守结构域的CCD基因,为进一步解析CCD基因家族在西葫芦中的功能奠定基础。结果表明:(1)聚类分析显示,13个西葫芦CCD基因编码的蛋白可分为CCD1、CCD4、CCD7、CCD8、NCED、CCD1-like共6个亚组,且CCD8和CCD7亚组与其他家族成员的遗传距离较远。(2)顺式作用元件预测分析发现,CCD基因启动子中含有光信号、激素、环境胁迫和生长发育响应元件。(3)转录组数据分析显示,CCD家族基因具有组织表达特异性,其中3个CCD基因在组织中不表达,CpCCD1基因在叶和果实中显著高表达。(4)在果实发育过程中,8个CCD基因呈现上调表达,2个CCD基因呈现下调表达,其中CpCCD1、CpCCD4a、CpCCD4b、CpCCD8a这4个CCD基因在果实膨大生长期或成熟期出现显著高表达,推测它们可能在西葫芦果实发育过程中具有重要的调控作用。     

玉米KNOX基因家族鉴定及组织和逆境表达分析

为揭示玉米转录因子KNOX家族基因功能,采用生物信息学手段在玉米基因组水平鉴定KNOX家族成员,并对家族基因逆境和组织表达谱进行分析.结果 显示:(1)玉米基因组有22个ZmKNOX基因,根据其在染色体上的位置依次命名为ZmKNOX1-ZmKNOX22;编码蛋白质亚细胞定位预测发现,除ZmKNOX5、ZmKNOX11、...     

苹果SRS基因家族的鉴定与功能分析北大核心CSCD

SHI-related sequence(SRS)基因家族通过介导激素变化以调控植物成花及生长发育,并且在适应环境胁迫中起重要调控作用。该研究基于苹果(Malus domestica Borkh.)基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果SRS基因家族成员,并分析SRS基因家族特点与功能及表达情况。结果表明:(1)苹果MdSRS基因家族共包含11个成员,分别命名为MdSRS1-MdSRS11,不均匀地分布在苹果的9条染色体上。(2)MdSRS蛋白包含229~414个不等的氨基酸残基,等电点分布在6.38~9.36之间;亚细胞定位结果表明,MdSRS蛋白大多分布于细胞膜,在细胞核、叶绿体中也有分布。(3)通过引入拟南芥、水稻、番茄及杨树的SRS基因进行系统发育分析表明,将11个MdSRSs分成5个亚族(A-A),在A4中分布最多。(4)顺式作用元件分析表明,11个MdSRSs启动子上游2 000 bp序列分布有激素、环境适应性和逆境诱导等响应元件。(5)荧光定量PCR结果显示,苹果MdSRS基因家族在盐胁迫和干旱胁迫下总体呈下调表达,在ABA胁迫后大多呈上调表达,是具有很大潜力的抗性候选基因,说明SRS家族对ABA调节等非生物胁迫具有调控作用。研究认为,SRS家族的11个成员均参与了调控干旱、盐及ABA胁迫多种逆境的响应,推测在实际苹果生产中对抵御不良环境具有重要作用。     

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。     

龙眼WOX家族基因鉴定及在体胚发生早期的表达分析北大核心CSCD

为探究龙眼WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)家族基因的生物学功能与表达模式,该研究基于龙眼全基因组数据库对DlWOX家族成员进行鉴定与生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测验证其在龙眼体胚发生早期三个阶段以及在不同激素处理下的表达模式。结果表明:(1)共筛选出13个龙眼DlWOX家族成员,均为不稳定蛋白;亚细胞定位预测显示DlWOX定位于细胞核与细胞骨架上;进化树分析发现,DlWOX家族分为远古支、中间支和WUS(WUSCHEL基因是WOX家族中最先发现的基因)支。(2)基因结构分析发现,DlWOX内含子数在0~19个之间,其大部分的编码蛋白都含有基序motif1与motif2,部分成员含有特异的基序;DlWOX启动子顺式作用元件包含大量光与激素响应元件。(3)对DlWOX在龙眼不同组织部位及体胚发生早期的表达模式分析发现,该家族部分成员在龙眼叶片中高表达,DlWOX14.1、DlWOX14.2和DlWOX9A在胚性愈伤组织阶段(EC)高表达;qRT-PCR分析显示,大部分龙眼DlWOX家族成员响应茉莉酸甲酯(MeJA)和赤霉素(GA)的调控,除DlWOX6外,其余成员在GA与MeJA处理下均上调表达,其中DlWOX9A在GA和MEJA处理下表达量显著上调。研究发现,龙眼DlWOX9A转录组测序结果与qRT-PCR结果的表达量存在差异并且趋势也不完全相同,推测WOX家族在龙眼的整个体胚发生早期起着重要的作用,尤其是在GE阶段;龙眼DlWOX基因在进化过程中存在高度的保守性,部分DlWOX家族成员可能通过响应GA与MeJA激素在龙眼体胚发生过程中发挥作用。