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。     

谷子ARF基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素应答因子(ARF,auxin response factors)是一类可以结合在生长素应答基因启动子部位的转录因子,在植物的生长发育中起至关重要的作用。本研究以谷子为材料,共鉴定出24个ARF基因,命名为Si ARFs。利用生物信息学对谷子Si ARFs基因的结构、染色体分布、基因倍增模式、系统进化以及基因的表达模式进行分析。结果表明,Si ARF基因家族在染色体上呈不均匀分布,除2号染色体外,其他染色体上都有该家族基因,基因的扩增模式为分散复制与片段复制。Si ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域,ARF蛋白的3D结构含有3个α螺旋和7个β折叠结构。进化树分析表明谷子ARF蛋白和物种相近的高粱、玉米聚在一起。大多数ARF基因在谷子根、茎、叶和穗中都有表达,且不同基因表达量有较大差异。     

毛果杨GATA基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

GATA转录因子基因家族在植物生长发育、细胞分化以及响应环境变化中具有重要作用。然而,目前在木本植物中尚无该基因家族全基因组水平的分析报导。本项研究从基因组水平对毛果杨GATA家族成员的数量、基因结构、染色体定位、系统进化、编码蛋白的理化特征和保守基序等信息进行了系统分析,结果表明,毛果杨GATA家族包含39个基因,共分布于15条染色体上,其中5号染色体上含有6个基因,9号、13号和19号染色体含有基因数量为1,其余染色上无基因分布。该家族各基因的结构与编码蛋白的基本特性均存在一定异性,可分成4个亚族。qRT-PCR研究表明,GATA家族各基因在不同发育阶段的茎部表达量存在明显差异,且盐胁迫对各基因的表达特性影响显著。以上结果表明,毛果杨GATA家族基因在复制后,基因的结构与功能产生了明显分化,其中部分基因在毛果杨次生生长与盐胁迫响应中可能具有重要作用。本项研究为全面解析毛果杨GATA家族各成员在其生长发育与盐胁迫响应中的生物学功能奠定了基础。     

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。     

烟草TIR-NBS基因家族的生物信息学分析

TIR-NBS基因是一类与植物抗病调节和生长发育密切相关的基因,其特征解析有助于对植物免疫和发育调节的认识。该研究通过生物信息学分析方法,从基因鉴定、染色体分布、基因结构、蛋白性质和结构、信号肽、亚细胞定位和顺式作用元件等方面,对烟草TIR-NBS基因家族进行了鉴定和分子特性分析。结果表明:烟草TIR-NBS基因家族含有30条成员,分布在21条染色体上,含有3～8个保守基序;编码蛋白均为不稳定蛋白,无信号肽,主要分布于细胞核、细胞质和叶绿体中,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主要构成元件;进化时主要受纯化选择作用,与番茄的TIR-NBS基因亲缘关系最近;顺式作用元件分析表明其可能受光照、温度以及生长素、茉莉酸甲酯、脱落酸、水杨酸、赤霉素等激素调控。该研究结果为进一步探究TIR-NBS基因的生物学功能及提高植物产量和品质提供了依据。     

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。     

雷蒙德氏棉HSP70基因家族的进化分析及其同源基因在陆地棉中的表达分析

热激蛋白70家族(HSP70)是一类在植物中高度保守的分子伴侣蛋白,在细胞中协助蛋白质正确折叠。文章利用隐马可链夫模型(HMM)在雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii L.)全基因组范围内进行HSP70基因家族成员进化分析,共得到30个HSP70家族成员。利用生物信息学对雷蒙德氏棉HSP70基因的结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析,结果表明,HSP70基因家族根据亚细胞定位结果可分为不同的基因亚家族,各亚家族中HSP70基因具有相对保守的基因结构;染色体片段重复和串联重复是雷蒙德氏棉HSP70基因家族扩增的主要方式。通过对不同物种的HSP70基因家族进行系统进化分析可知,HSP70亚组的分化发生在单细胞植物形成前,且细胞质型HSP70成员大量扩增。比较陆地棉棉纤维发育不同时期的深度测序表达谱,发现HSP70基因可能参与棉纤维的生长发育。本研究结果有助于了解棉属植物HSP70基因家族的功能,以期为深入研究棉纤维发育过程中的分子调控机理提供基础。     

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。     

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。     

斑点叉尾鮰Cbx基因家族的全基因组鉴定与进化分析

利用Cbx家族基因高度保守的Chromo结构域氨基酸序列作为种子序列,检索斑点叉尾鮰(Ictalurus punetaus)基因组注释的蛋白数据库,共鉴定分离出14个Cbx基因。并在全基因组水平对斑点叉尾鮰Cbx基因家族进行了保守结构域序列、进化、基因结构、染色体定位的系统分析。本研究中鉴定出的斑点叉尾鮰Cbx家族基因蛋白序列与已知的人类、小鼠、鸡、斑马鱼等物种Cbx蛋白序列构建系统进化树。根据系统进化树分析结果,14个斑点叉尾鮰Cbx基因分成两个亚族,5个隶属于Hp1s亚族,9个隶属于PcGs亚族。Cbx基因主要分布于斑点叉尾鮰7条染色体中,且呈不均匀分布。本研究对于后续斑点叉尾鮰Cbx基因家族深入的功能验证及分子作用机制研究具有重要的意义,也为日益丰富的水产基因组资源的挖掘利用提供了参考。     

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。     

森林草莓MYB家族鉴定及生物信息学分析

为研究草莓MYB基因家族,采用生物信息学方法检索森林草莓(Fragaria vesca L.)基因组中MYB基因,并对其基因结构、蛋白保守结构域、染色体定位、基因进化及花药发育过程中表达水平进行分析。结果表明,草莓基因组中可能含有105个R2R3-MYB、4个MYB3R、1个MYB4R基因,它们不均匀分布在7条草莓染色体上,其中5号染色体上数量最多为26个,部分基因在染色体上形成基因簇。理化分析发现这些MYB蛋白长度和大小差异较大,但均具有保守的R2和R3型结构域,R重复单元均含有特征性的氨基酸,包括最保守的有序间隔出现的色氨酸(W)残基。通过系统进化关系和基因结构信息,草莓MYB基因家族被分成了34个亚组(A1～A34),同时利用拟南芥基因功能预测草莓中对应的直系同源基因的功能,结果表明草莓MYB基因家族参与调控黄酮物质合成、细胞发育、生物/非生物胁迫。花药发育过程中表达水平分析发现FvMYB2、FvMYB85、FvMYB74、FvMYB28在花药发育的5个时期中表达量逐渐升高,尤其是发育后期表达量较高,表明这些基因可能调控花药发育过程。本研究结果为草莓MYB基因家族的功能研究提供参考。     

拟南芥、水稻和杨树JMJC家族全基因组分析

采用HMMER与BLAST相结合的方法确定拟南芥,水稻和杨树三种模式植物全基因组JMJC蛋白基因个数分别为21,20,24,并对其染色体定位,基因结构,保守功能域进行了系统分析,在系统进化分析基础上,将JMJC家族分为11个亚家族,内含子外显子结构分析与MPSS表达模式分析结果也进一步支持了进化关系研究.本研究有助于揭示植物JMJC基因家族的进化历史,为后续JMJ基因家族的功能提供线索,为进一步研究植物JMJC基因家族提供理论基础。     

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.     

葡萄TCP基因家族全基因组鉴定和分析

TCP基因家族是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长、发育等多个过程发挥重要的调控作用。本研究利用生物信息学方法对葡萄TCP基因家族成员、染色体定位、基因分类、进化分析、保守域结构和基因结构进行了详细分析。结果表明,葡萄TCP基因家族含有15个成员;进化分析表明,TCP基因家族可分为2组:ClassⅠ和ClassⅡ,其中ClassⅡ可继续分为CIN和CYC/TB1两个小组。保守结构域分析表明,葡萄TCP基因家族TCP结构域高度保守;基因结构分析表明,葡萄TCP基因家族成员是由1~8个外显子构成。以上结果将为今后揭示葡萄TCP基因的功能提供重要的理论基础。     

大豆GeBP转录因子基因家族的生物信息学分析

GeBP转录因子调控植物表皮毛的生长发育,并且参与控制植物叶片的发育。该文利用生物信息学方法,在大豆全基因组范围内搜索GeBP基因家族,并从氨基酸理化性质、基因结构、染色体的物理分布、系统进化、序列比对、功能结构域、组织表达情况等基本特征方面对GmGeBP基因家族进行分析。结果表明:(1)共获得9个GmGeBP转录因子基因家族成员,其中仅2个基因含有内含子,且都只有1个内含子,表明该家族成员基因构造比较简单但稳定。(2)GmGeBP编码的蛋白分子量为39.65~49.24 kD,理论等电点为4.65~9.08;这些成员基本上都是酸性氨基酸,属于亲水性、不稳定蛋白。(3)这9个基因不均匀的分布于7条染色体上,10和20号染色体上分别分布2个GeBP基因,3、5、13、15、19号染色体上各分布1个基因。(4)系统进化分析表明,大豆与拟南芥对应的GeBP成员亲缘关系较近,分别聚类到4个分支,而与水稻的距离较远。(5)结构域分析表明,9个GmGeBP成员都包含DUF573结构域,推测该部分在GeBP转录因子中很可能是与靶标基因顺式作用元件互作的结构域。(6)通过分析大豆GmGeBP转录因子基因家族的组织表达,发现不同基因在大豆不同组织的表达量不同,具有一定的特异性。该文对大豆GeBP转录因子基因家族的分析和鉴定为进一步研究大豆表皮毛发育的分子作用提供了理论基础。     

番茄AS2基因家族的系统进化分析

AS2基因家族是一类直接参与转录调控并广泛存在于植物中的转录因子家族,能够调控植物生长发育和抗逆境胁迫过程。本研究通过分析番茄基因组,鉴定了番茄中具有特定结构域的AS2基因,并利用生物信息学手段对番茄AS2基因的系统进化、染色体定位以及基因结构等信息进行了分析。系统进化分析共鉴定了45个番茄AS2基因家族成员,分成5个亚类。亚细胞定位分析表明,该家族基因主要分布在细胞核上。染色体定位揭示了AS2基因分布于10条染色体上,基因主要以片段复制的方式进行扩增。本研究为进一步探究番茄和其他物种中AS2基因功能奠定了基础。     

辣椒查尔酮合成酶基因家族全基因组鉴定及表达特征分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是植物色素合成的一个关键酶,对植物的生长发育具有重要作用。本试验依据辣椒的基因组数据,采用生物信息学的方法对辣椒CHS基因家族进行鉴定及分析。结果得出该基因家族含有7个成员,氨基酸序列长度介于213~402 aa之间,基因间序列相似性变化幅度较大,具有高度遗传多样性。基因特性分析发现7个基因含有高度保守的结构域,内含子数较少,为1~2个,它们主要分布于3条染色体上,其中以12号染色体分布最多;此外通过系统进化分析可将CHS基因分为两大类。对辣椒CHS基因的组织表达及果实发育的9个不同时期的表达进行分析,结果表明CHS家族基因具有组织表达特异性和发育时期表达特异性,每个成员都具有不同的调控方式。本研究不仅为今后了解辣椒CHS基因家族的功能和进化奠定基础,而且为遗传性状改良提供候选资源。