番茄AT-hook基因家族的鉴定及胁迫条件下的表达分析

AT-hook蛋白家族在植物生长发育、器官构建及逆境胁迫和激素信号应答中发挥重要作用。本研究在番茄基因组范围内,利用生物信息学方法对番茄AT-hook基因家族的成员、分布、结构和功能进行分析。结果表明,番茄AT-hook家族包含32个成员,分为3种类型,其中类型Ⅰ含有13个成员;遗传进化分析表明番茄AT-hook基因成员与拟南芥家族基因具有相似分类。利用实时荧光定量PCR对番茄32个基因开展组织表达分析,结果表明AT-hook基因具有表达差异,主要在根和花中表达较高。氧化胁迫分析结果表明,32个基因受ABA、SA、盐、高温和低温诱导表达,其中部分基因显著上调或下调表达,很可能参与了番茄逆境胁迫条件下的防御应答反应。本研究结果将为番茄AT-hook家族基因的深入研究提供依据,为进一步解析番茄AT-hook基因的功能奠定基础。     

水稻病程相关蛋白质在逆境胁迫下的表达研究

植物病程相关(PR)基因一般在病原物侵染过程中受诱导发生转录上调．目前有证据提示植物PR基因在非生物逆境胁迫下也发生转录变化,但其蛋白质的表达变化情况还鲜有报道．为了解水稻PR蛋白质在逆境胁迫下的表达特征,本文采用免疫印迹技术(Western blotting,WB)调查了8个PR蛋白质在冷、热、旱、淹和盐等5种胁迫下的表达谱．结果表明：在冷胁迫下PR8表达上调,在热胁迫下PR1a、PR3、PR5和PR16表达下调;在旱胁迫下PR1a、PR2和PR8表达上调,而PR5 和PR16表达下调,在淹胁迫下PR1、PR2和PR15表达上调,PR1a、PR3、PR5和PR8表达下调;在盐胁迫下PR2和PR3表达上调,而PR1a、PR5、PR8和PR16表达下调．另外,对这些PR 基因的上游启动子区进行分析,发现存在与胁迫响应相关的调控元件,其中脱落酸反应元件(ABRE)、TC-rich repeats和HSE的出现频率较高．这些蛋白质表达数据进一步佐证了PR蛋白在逆境胁迫反应中发挥着重要且不尽相同的作用．     

马铃薯StCML基因家族鉴定及表达分析

类钙调蛋白(calmodulin-like protein, CML)是植物中一种重要的Ca~(2+)结合蛋白,在植物生长发育和胁迫响应过程中起着重要的作用。该研究通过生物信息学方法在马铃薯基因组中鉴定了StCML基因家族成员,并对它们的表达模式及胁迫响应进行了分析,为深入解析马铃薯StCML基因家族成员在生长发育和胁迫响应中的作用机制奠定理论基础。结果显示:(1)在马铃薯基因组中共鉴定到80个StCML基因,它们均具有EF-hand结构;根据系统进化树拓扑结构可分为5个亚家族,在1～5亚家族中分别含有18、12、14、12、和24个基因,大部分基因具有较为保守的基因结构和基序。(2)RNA-Seq数据分析发现,StCML基因主要在马铃薯的花、叶柄、芽、雄蕊、匍匐茎和块茎中有特异表达,并且主要对盐、热、干旱和赤霉素处理有响应。(3)qRT-PCR分析发现,在低温胁迫下StCML13、StCML21和StCML53表达上调;在高温胁迫下StCML11、StCML21和StCML39表达上调;盐胁迫下StCML21和StCML60表达上调;青枯菌处理下StCML53表达上调,StCML8、StCML 13、StCML 21和StCML 60表达下调。研究表明,StCML基因对多种胁迫均有响应。     

毛竹bHLH转录因子的鉴定及其在干旱和盐胁迫条件下的表达分析北大核心CSCD

以毛竹( Phyllostachys edulis (Carr.) Lehaie)为材料,利用生物信息学方法,在基因组水平上对其bHLH基因家族成员进行鉴定和分析,并对不同组织中该基因的表达模式以及部分基因在干旱和高盐胁迫条件下的表达情况进行研究。结果显示:在毛竹中共鉴定出153个具有完整保守结构域的bHLH基因家族成员( PebHLH001 ~ PebHLH153 ),这些基因内含子数量为0 ~ 14,其中137个基因的启动子均含有与干旱、盐胁迫相关的顺式作用元件;PebHLHs 编码的蛋白长度为134 ~ 1401 aa;bHLH家族成员的系统进化分析结果表明,153个PebHLHs可被分为17个亚类,其中C亚类的成员数量最多,为42个;基于转录组数据的表达谱分析结果发现,有151个 PebHLHs 在毛竹不同组织和不同生长发育时期有不同程度的表达量;实时荧光定量PCR实验结果显示,在干旱和盐胁迫处理后,分别有14和13个 PebHLHs 基因的表达量上调,分别有2和3个表达量下调,但表达模式存在一定差异,说明他们在应答干旱和盐胁迫过程中可能发挥不同的作用。     

毛竹bHLH转录因子的鉴定及其在干旱和盐胁迫条件下的表达分析

以毛竹(Phyllostachys edulis (Carr.) Lehaie)为材料,利用生物信息学方法,在基因组水平上对其bHLH基因家族成员进行鉴定和分析,并对不同组织中该基因的表达模式以及部分基因在干旱和高盐胁迫条件下的表达情况进行研究。结果显示:在毛竹中共鉴定出153个具有完整保守结构域的bHLH基因家族成员(PebHLH001～PebHLH153),这些基因内含子数量为0～14,其中137个基因的启动子均含有与干旱、盐胁迫相关的顺式作用元件; PebHLHs编码的蛋白长度为134～1401 aa; bHLH家族成员的系统进化分析结果表明,153个PebHLHs可被分为17个亚类,其中C亚类的成员数量最多,为42个;基于转录组数据的表达谱分析结果发现,有151个PebHLHs在毛竹不同组织和不同生长发育时期有不同程度的表达量;实时荧光定量PCR实验结果显示,在干旱和盐胁迫处理后,分别有14和13个PebHLHs基因的表达量上调,分别有2和3个表达量下调,但表达模式存在一定差异,说明他们在应答干旱和盐胁迫过程中可能发挥不同的作用。     

玉米苗期SR蛋白基因家族的干旱胁迫应答

基因表达的选择性剪接(Alternative splicing, AS)调控与植物对逆境胁迫应答密切相关, SR蛋白(Serine/ arginine-rich proteins)是其中关键的调节因子。文章对玉米B73参考基因组进行分析显示: 多数SR蛋白家族基因成员启动子区域含有3~8种与发育或胁迫相关的顺式调控元件; 27个基因成员编码碱性蛋白, 其中23个成员的编码蛋白依照其N′端的首个RRM(RNA recognition motif)结构域特征大体上可划分为5个亚组。利用双向分级聚类方法, 对三叶期干旱胁迫下玉米杂交种郑单958及其亲本郑58和昌7-2的SR蛋白基因家族的分析显示, 该基因家族的表达模式具有明显的组织表达特异性和基因型依赖性特征; 其中在干旱胁迫下地下组织以下调表达模式为主, 而地上组织中以上调表达模式为主。在重度干旱胁迫后的3个不同时段复水过程中, 地上和地下组织中SR蛋白基因家族的表达皆以下调表达模式为主。另外, 尽管不同基因成员的表达模式在干旱胁迫及其后的复水过程中存在明显差异, 但普遍存在自身选择性剪接现象。SR蛋白基因家族在玉米干旱胁迫的应答规律, 为从AS-network视角解析玉米的抗逆分子机制提供了新思路。     

棘孢木霉糖苷水解酶3基因家族的生物信息学及表达模式分析

【背景】糖苷水解酶(glycoside hydrolase, GH) 3基因家族成员主要编码胞外β-葡萄糖苷酶,是纤维素降解中的关键酶。【目的】鉴定棘孢木霉GH3基因家族成员,探究其在纤维素降解过程中转录水平的表达模式。【方法】通过生物信息学方法对棘孢木霉GH3基因家族成员进行鉴定,对其基因结构、系统进化、蛋白理化性质、亚细胞定位及蛋白质三级结构进行分析,并采用荧光定量PCR技术对纤维素诱导下转录水平的表达模式进行综合分析。【结果】棘孢木霉基因组共鉴定到16个GH3基因家族成员,含有1-8个外显子,编码蛋白质长度为533-934个氨基酸,分子量为57.82-101.91 kDa,大多数为胞外蛋白。系统发育表明,该基因家族成员可分为4组,与里氏木霉的相似性较高。基因表达模式分析表明,纤维素诱导下,16个GH3基因均有表达,但不同成员在转录水平的表达存在差异。其中,1个基因呈组成型表达,2个基因表达下调,13个基因表达上调。棘孢木霉的胞外β-葡萄糖苷酶活力在纤维素诱导下明显提升,与GH3基因家族成员在转录水平的整体表达模式相一致。【结论】棘孢木霉基因组共包含16个GH3基因家族成员,而且多...     

非生物逆境胁迫下ZmCIPK10基因表达分析

干旱、高盐、低温、高温等非生物逆境严重影响植物的生长发育,研究参与逆境胁迫应答基因具有重要的理论意义和应用价值。从玉米中克隆了一个CIPK蛋白激酶基因,暂时命名为ZmCIPK10。该基因全长2 730 bp,转录长度2 100 bp,编码438个氨基酸。顺式元件分析发现在基因启动子区域存在ABRE、HSE、TC-rich repeats等推测的逆境顺势元件。荧光实时定量PCR结果表明ZmCIPK10在干旱、低温、盐胁迫下表达量上调,在ABA、高温胁迫下表达量下调。研究结果初步证实ZmCIPK10基因响应非生物逆境胁迫,为ZmCIPK10参与植物逆境信号途径及其功能研究提供理论依据。     

玉米PLCs基因家族鉴定及表达谱分析

磷脂酶C(phospholipase C,PLC)是一类能够水解磷脂的酶,作为磷脂酶家族中的一员,在调节植物生长及响应逆境胁迫中发挥重要作用。本文通过对ZmPLCs蛋白的系统发育、其基因结构及启动子中的逆境相关顺式作用元件数量,以及基因的组织特异性表达模式等生物信息学进行研究;并用NaHCO_3和低温处理玉米转录组数据,构建ZmPLCs基因表达谱。结果显示,在玉米基因组水平上共鉴定出9个玉米PLCs基因,基于玉米PLCs水解底物的不同,9个ZmPLCs基因被分为2个亚族,分别定位在玉米的1、2、3、5和9号染色体上。ZmPI-PLCs编码蛋白包含典型的X、Y和C_2结构域,ZmNPCs蛋白包含典型的磷酸酯酶结构域,ZmPLCs蛋白N端由延长链和螺旋结构组成,多定位于线粒体和叶绿体。ZmPLCs基因替换发现ZmPLCs家族可能是通过变异进行扩增的。在9个ZmPLCs基因启动子上包括脱落酸、盐和低温等激素和非生物胁迫相关元件高度富集,转录组数据分析ZmPI-PLC2和ZmNPC2上调响应Na HCO_3,ZmPI-PLC5和ZmNPC3上调响应低温,ZmPI-PLC3和ZmPI-PLC4与玉米根系发育有关,这与基因表达模式相印证,进一步表明玉米PLCs基因参与植物对多种非生物逆境的响应,以及作物对非生物抗性利用的潜在应用价值。     

铁皮石斛14-3-3基因家族鉴定及表达分析

【目的】14-3-3蛋白,亦称通用调节因子（GRF）,由多基因家族编码,在植物生长发育和逆境应答发挥关键的作用。鉴定铁皮石斛（Dendrobium officinale）GRF基因家族,为铁皮石斛GRF基因功能研究及遗传改良提供理论依据。【方法】通过生物信息学的方法鉴定铁皮石斛14-3-3家族成员,分析其理化性质、染色体定位、系统进化发育、基因结构和启动子顺式作用元件等,同时通过荧光定量PCR技术检测它们在不同组织、低温处理及盐胁迫处理后的表达量。【结果】铁皮石斛有17个GRF家族成员,分为ε类和非ε类亚族,不均匀地分布在7条染色体上,且存在7对串联复制基因。同一亚族成员基因结构、保守基序和蛋白质二级结构相类似。DoGRF家族基因的启动子区域存在大量激素和环境胁迫应答相关的调控元件。DoGRF家族基因在铁皮石斛各组织中均有表达,具有组织表达特异性,大多数基因在花器官中表达最高,其次是茎和根。同时,在低温处理、盐胁迫处理下呈现差异化表达,可能受到低温和盐胁迫的调控,特别是DoGRF2在铁皮石斛逆境应答过程中起着关键的作用。【结论】在全基因组水平从铁皮石斛中鉴定出17个DoGRF家族成员,...     

沙棘HrTCP转录因子家族鉴定及其干旱胁迫下的表达分析

TCP家族是植物特有的响应高盐、干旱等非生物胁迫的重要转录因子.该研究基于沙棘转录组数据,利用生物信息学与qRT-PCR对HrTCP转录因子家族进行鉴定,预测其家族成员的结构和功能,为解析TCP转录因子调控沙棘抵御干旱胁迫的作用机制奠定基础.结果表明:(1)获得了 11个HrTCP转录因子成员,并命名为HrTCP2/4...     

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。     

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。     

小麦苗期盐胁迫下DREB基因的表达

为了从全基因组和转录组水平鉴定响应盐胁迫的小麦DREB (dehydration responsive element binding,DREB) 基因,该研究对小麦耐盐材料CH7034苗期施加盐胁迫后的根部样本进行Illumina转录组测序,从中分离TaDREB家族成员的表达数据和可变剪接信息,并对其下游靶基因进行预测;利用 qRT PCR对盐胁迫响应TaDREB成员和预测靶基因进行验证。结果显示：(1)从小麦中共鉴定出48个DREB成员(204个拷贝序列),命名为TaDREB1~TaDREB48,分布于21条染色体。(2)TaDREB家族分为14组(G1~G14),位于G2、G5、G10和G14的TaDREB成员受NaCl胁迫后转录水平均无显著变化,其余组中共有25个(52%) TaDREB成员表现出对盐胁迫不同程度的响应;其中有9个成员在盐胁迫后持续上调(含5个新报道基因),有2个成员表现为持续下调;蛋白互作预测结果显示,下调成员TaDREB35的编码蛋白可能会受到1个小麦RING型E3泛素连接酶作用而降解。(3)盐胁迫后有9个成员TaDREB3、TaDREB6、TaDREB16、TaDREB19、TaDREB21、TaDREB24、TaDREB25.12、TaDREB43和TaDREB47发生了可变剪切变化。(4)从转录组差异表达基因中进一步鉴定出3个起始密码子上游2 000 bp序列,包含DRE/CRT元件且在A/B/D组间表达趋势一致的候选靶基因TaRD29、TaGLOS和TaCKX。(5)qRT PCR验证结果显示,上调成员中,除TaDREB19外,其余成员以及TaDREB16均表现出持续上升的趋势;下调成员中只有TaDREB25和TaDREB35的表达量呈持续下降的趋势;3个预测靶基因的表达量均持续上升,验证结果与转录组测序结果一致。该研究鉴定出的11个盐胁迫响应TaDREB成员以及预测的3个下游靶基因为小麦耐盐机制解析和分子育种奠定了基础。     

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。     

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。     

葡萄NIP基因家族的鉴定与表达分析

类根瘤菌26膜内在蛋白(nodulin 26 like intrinsic proteins,NIPs)是水通道蛋白的亚类,在植物营养获取和胁迫应答过程中发挥着重要作用。该研究利用多种生物信息学软件,对葡萄NIP家族基因进行分析,并采用RT PCR方法克隆得到4个NIP家族基因,利用qRT PCR方法分析非生物胁迫下NIP基因的表达特征。结果显示：(1)在葡萄基因组中,共鉴定到8个NIP基因,分布于葡萄4条染色体上,主要定位在质膜中;结构上含有6个跨膜结构域和两个典型的保守结构域NPA;氨基酸序列中存在很多个可能的磷酸化位点。(2)进化分析表明葡萄和拟南芥NIP基因具有较高的同源性,基因结构包含外显子数4~6个,保守基序种类和数量相似;基因启动子上游2 kb包含多种应答逆境和激素的顺式调控元件,其数量差异可能与基因本身功能相关。(3)NIP家族基因在不同组织中表达水平差异较大,多数成员在叶中表达水平较高,在茎中较低;成功克隆得到4个葡萄VvNIP基因,其长度分别为789 bp、606 bp、897 bp、789 bp,分别编码262、201、298、293个氨基酸。(4)qRT PCR结果显示,不同胁迫处理下NIP基因在葡萄叶片中的表达水平不同：低温处理下葡萄NIP基因大多呈显著下调表达;盐胁迫下,除VvNIP2 1、VvNIP4 2外其余家族基因均呈下调表达;干旱胁迫下VvNIP4 2显著上调。研究表明,VvNIP基因对多种胁迫均有响应,为葡萄逆境胁迫机制研究提供了参考。     

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。