植物烯酰辅酶A还原酶家族的基因鉴定和分析

植物烯酰辅酶A还原酶(ECR)是超长链脂肪酸合成的最后一步关键酶。植物中,针对ECR的基因多集中于拟南芥,而鲜有其它植物中ECR基因鉴定的报道,更没有针对其基因全面鉴定及家族进化的报道。本研究首先从拟南芥ECR蛋白序列中鉴定得到了编号为PF02544.12的结构域,进而从8种从藻类到被子植物的基因组中鉴定得到了48条ECR家族成员。进化树构建结果表明,此家族基因可进一步细分为4个亚家族,其中3个亚家族中的拟南芥基因均得以阐明,分别为ECR、PPRD和DET2基因;这3个亚家族成员在从藻类到高等植物的各基因组中均存在,且ECR和PPRD的数目在被子植物中极为保守,表明其在植物中发挥重要且根本的功能。第4个亚家族仅在陆地植物中存在,且基因拷贝数在各陆地物种中极为保守,暗示其在陆地植物中起重要作用。ECR和PPRD基因编码蛋白较大,而各基因疏水性较高,且不稳定系数较高。本研究为进一步全面阐明植物中ECR基因的功能提供了基础。     

白桦HD-Zip基因家族生物信息学及应答盐胁迫分析

HD-Zip转录因子蛋白家族是植物特有的一类转录因子蛋白,在植物生长发育和抵抗逆境胁迫等过程中发挥着重要作用。利用白桦全基因组数据库,获得白桦35条HD-Zip蛋白序列,参考拟南芥中该家族的分类方法,将这些成员分成HD-ZipⅠ-Ⅳ四个亚家族,并对这些成员的蛋白保守结构域、氨基酸组成、染色体分布、和理化性质等进行了预测和分析。从高盐处理的白桦幼苗根组织的转录组数据,鉴定了7个差异表达的基因。本研究为进一步研究白桦HD-Zip家族基因调控白桦耐盐性的功能提供了理论支持。     

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。     

可可、咖啡等植物中氨基甲酰磷酸合成酶家族基因鉴定和进化分析

氨基甲酰磷酸合成酶家族含有植物中氨基酸代谢以及嘌呤生物碱合成中重要基因;咖啡、可可、番茄等植物中含有丰富的嘌呤生物碱物质咖啡因。本研究从可可、咖啡、番茄等8个种子植物基因组中,系统鉴定得到了33条氨基甲酰磷酸合成酶家族基因。进化分析表明,此家族在种子植物中可分为4个亚家族。氨基甲酰磷酸合成酶处于亚家族Ⅰ,甲基巴豆酰基辅酶A羧化酶处于亚家族Ⅱ,而乙酰辅酶A羧化酶的不同亚基处于亚家族Ⅲ和Ⅳ。银杏中仅鉴定得到亚家族Ⅱ和Ⅳ的基因。而在单子叶植物中,不存在亚家族Ⅳ的基因。各基因均含有多个结构域,其中某些亚家族由基因融合形成。各基因分子量较大,且均具有亲脂性。本研究为氨基酸代谢和咖啡因等嘌呤生物碱合成机制提供了基因靶标以及进化学基础。     

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。     

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。     

番茄WOX转录因子家族的鉴定及其进化、表达分析

WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)是一类植物特异的转录因子家族,具有调控植物干细胞分裂分化动态平衡等重要功能。本研究利用番茄(Solanum lycopersicum)基因组数据,通过建立隐马尔科夫模型并进行检索,鉴定了番茄10个WOX转录因子家族成员。多序列比对发现,番茄WOX转录因子家族成员具有高度保守的同源异型结构域;以拟南芥WOX转录因子家族成员序列为参照,通过邻接法、极大似然法、贝叶斯法重建了系统发育树,三者呈现出类似的拓扑结构,番茄和拟南芥WOX转录因子家族共25个成员被分为3个进化支(Clade)和9个亚家族(Subgroup);利用MEME和GSDS对WOX转录因子家族成员的蛋白保守结构域和基因结构进行了分析,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;利用Perl和Orthomcl对家族成员的染色体定位和同源性关系进行分析,结果表明串联重复的SlWOX3a和SlWOX3b可能来源于一次复制事件;利用番茄转录组数据和qRT-PCR进行表达分析,结果显示家族成员在不同组织中的表达存在差异,暗示了WOX家族的不同成员在功能上可能具有多样性。本研究对番茄WOX转录因子家族成员进行GO(Gene Ontology)注释和比较分析,结果表明该家族成员作为转录因子,可能在组织器官发育、细胞间通讯等过程中发挥作用。     

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。     

水稻SDG736抑制拟南芥FLC表达调控开花时间

130～150个氨基酸组成SET (Su (var) 3-9, Enhancer-of-zeste, Trithorax)结构域构成了组蛋白赖氨酸甲基转移酶特异性催化位点。SET结构域蛋白在进化上高度保守,广泛调控植物的生长发育。进化分析结果显示水稻SET结构域家族成员可分为7个不同的亚家族(KMT1, KMT2, KMT3, KMT6, KMT7, S-ET和RMT)。KMT3亚家族可能涉及开花调控或花的发育,其中包含5个拟南芥基因和5个水稻同源基因。拟南芥SDG4通过H3K4/K36甲基化的活性调控花发育,结果表明水稻同源基因SDG736超量表达,可促进拟南芥开花。对拟南芥开花途径相关的基因进行定量分析显示,超量表达的SDG736拟南芥植株中FLC基因表达量降低,而SCO1基因的表达量增加。     

烟草C2H2锌指蛋白转录因子家族成员的鉴定与表达分析

C2H2锌指蛋白转录因子家族在真核生物中具有重要的生物学功能,广泛参与植物叶的发生、花器官的调控、侧枝的形成及逆境胁迫等生命过程。植物C2H2锌指蛋白不仅结合DNA和RNA,而且与蛋白质之间相互作用。本研究利用普通烟草(Nicotiana tabacum)基因组数据库,运用Blastp比对,结合Pfam和SMART分析,鉴定了118条普通烟草C2H2锌指蛋白家族成员;对烟草C2H2锌指蛋白家族进行了进化树分析、结构域分析、物理化学性质分析、染色体定位、基因结构分析、三维结构分析及组织表达分析等。结果表明：不同成员的氨基酸长度差异较大;系统进化及结构域分析显示,所有C2H2家族成员可以被分为5个亚家族,同一亚家族成员之间在结构域和理化性质上呈现较高一致性;每个成员都含有C2H2结构域,在数量上存在较大差异;将所有基因家族成员定位在22条染色体上;组织表达分析表明,每个C2H2亚家族都有成员在不同组织中表达,在叶及根中有些基因的表达量较高。     

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。     

番茄TCP基因家族全基因组鉴定和分析

TCP基因家族是与植物有关的转录因子家族,它对植物的生长和发育有重要作用。为了揭示番茄TCP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄TCP转录因子家族。结果表明,番茄TCP基因家族共有36个成员;进化分析表明,TCP基因家族可分为2组:ClassⅠ和ClassⅡ,ClassⅡ又可以分成CIN和CYC/TB1两个小组;基因结构分析表明,家族成员有1~3个外显子构成;序列分析表明这些家族成员都含有高度保守的b HLH结构域,有的还含有R结构域。这些结果有助于今后揭示番茄TCP基因家族成员的功能。     

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。     

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...     

菜豆ANK基因家族鉴定及ANK25的表达模式分析

锚蛋白重复序列模体是生物体内最普遍的蛋白质序列模体之一,在多种细胞活动中主要介导蛋白质-蛋白质的相互作用。本研究利用菜豆基因组数据库,通过生物信息学手段对菜豆ANK家族成员及分子生物学特性进行了鉴定。结果显示,菜豆基因组中含有30个ANK家族基因,分布于9条染色体上,其中第5条染色体上含有的ANK基因最多,包含13个基因。蛋白结构域分析发现,ANK25除了含有ANK结构域外还含有RING结构域。亚细胞定位结果显示,ANK25主要分布在细胞膜上。表达模式分析发现,ANK25对干旱、盐和ABA胁迫有响应。本研究为进一步研究菜豆ANK的分类及功能提供了有利的依据。     

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。     

中间锦鸡儿CiUPF0114克隆与表达及豆科UPF0114基因家族成员分析

本研究克隆了中间锦鸡儿一个CiUPF0114基因,该基因编码框长876 bp,编码291个氨基酸的蛋白质,预测等电点9.83,分子量32.13 kD。利用荧光定量PCR检测发现,在干旱、脱水和冷处理后,CiUPF0114基因转录水平的表达量均明显上调。通过全基因组筛选,获得了29个来自于8种豆科植物以及模式植物拟南芥和水稻中的UPF0114基因家族成员,并对其进行了系统进化分析、基因结构和保守基序分析。系统进化分析将UPF0114基因分成A和B两个亚家族,A亚家族又分成A1和A2两个组,本研究中克隆的中间锦鸡儿CiUPF0114属于B亚家族成员。通过对蛋白长度、结构域数量、分子量、等电点、基因结构和保守基序的分析发现,29个UPF0114基因差异不大,说明该基因家族成员在进化上相对保守。该研究为进一步验证CiUPF0114基因的功能奠定了基础。     

马铃薯GRF基因家族的鉴定和表达模式分析

生长调节因子(growth-regulating factor, GRF)家族基因编码植物特有的转录因子,在植物生长发育和胁迫响应等许多生物学过程中发挥重要调节作用。本研究利用生物信息学方法全面鉴定了马铃薯(Solanum tuberosum)GRF基因家族,并分析了其表达模式。在马铃薯基因组中共发现了12个GRF家族基因(StGRF1～StGRF12),其编码的蛋白均含有QLQ结构域和WRC结构域;StGRF基因分布在马铃薯的9条染色体上,染色体片段复制可能导致了该家族基因在马铃薯基因组中的扩张;系统进化分析显示,StGRF可以分为5组,同组的基因成员具有相似的基因结构,且其编码的蛋白具有相似的保守结构域分布;StGRF成员启动子区域存在丰富的激素和胁迫响应相关元件;表达模式分析显示,StGRF在马铃薯不同发育时期及各个组织中呈现出多样化的表达特征,这说明不同成员可能在马铃薯生长发育过程中发挥特异的调控作用。以上结果可为进一步探索StGRF的功能提供一定基础。     

水稻扩展蛋白家族的生物信息学分析

扩展蛋白是植物细胞壁的重要组成部分,具有松驰细胞壁和增加细胞壁柔韧性的作用,在植物的生长发育及抗性等方面起到重要的作用。水稻的全基因组序列统计分析显示,水稻扩展蛋白基因家族包含58个成员,分属于A(34)、B(19)、LA(4)和LB(1)4个亚家族,分布在水稻10条染色体上的58个位点,且同一亚家族成员有成簇存在的现象。扩展蛋白基因长度范围为687~1128 bp,编码蛋白质具有保守的结构域,以及保守的半胱氨酸和色氨酸残基。多数情况下,亚家族成员之间的氨基酸一致率小于35%,而同一亚家族成员之间的氨基酸一致率大于35%。在内含子、外显子组成模式上,水稻扩展蛋白呈现明显的亚家族特异性,除个别基因以外,A类基因含有1或2个内含子,B类含有3个内含子,LA和LB类含有4个内含子。密码子使用统计显示,与其他物种相比,水稻中的扩展蛋白具有更多的密码子使用偏好性,有26个高频密码子存在。研究结果展示了水稻扩展蛋白基因家族的基本信息,为深入研究扩展蛋白基因的功能、探讨物种间的进化关系奠定基础。