辣椒PIN基因家族的鉴定及其在果柄离区和根系发育中的表达分析

【目的】鉴定和分析辣椒PIN基因家族成员的特征及其在果柄离区和根系发育中的表达情况,为解析CaPINs功能及辣椒新品种培育提供候选基因。【方法】通过辣椒全基因组筛选鉴定PIN基因,并开展生物信息学分析,对这些基因在果柄离区和根系发育中进行表达分析。【结果】在辣椒基因组中鉴定出9个PIN基因家族成员,命名为CaPIN1-CaPIN9,分布于7条染色体上,CaPIN9未锚定。CaPINs蛋白的氨基酸数为358~654 aa,分子质量为39251.05~71170.91 Da,等电点为6.40~9.38,且多数成员为稳定蛋白。CaPINs成员间具有明显的共线性,与番茄具有较近的遗传关系。CaPINs基因包含大量生长、环境及激素响应元件。转录组数据分析表明辣椒CaPINs的表达具有组织特异性。荧光定量PCR结果显示,CaPINs在不同果柄离区和根系发育中表现出不同程度的表达。【结论】辣椒CaPINs特异性参与果柄离区形成与根系生长发育,可作为辣椒易脱柄品种培育和根系遗传改良的重要候选基因。     

马铃薯GRAM基因家族鉴定与表达分析

目的 GRAM（Glucosyltransferases, Rab-like GTPase activators and Myotubularins）是普遍存在于动、植物蛋白中的结构域;在植物生长发育及响应逆境胁迫等过程中发挥着重要功能。在马铃薯全基因组中鉴定GRAM基因家族成员;分析马铃薯GRAM家族基因在盐胁迫下的表达模式;探究GRAM家族在马铃薯盐胁迫过程中的作用。 方法 采用生物信息学方法鉴定马铃薯中GRAM家族成员;并对蛋白理化性质、染色体定位、亚细胞定位、基因结构、motif及共线性等方面进行分析。利用转录组测序和荧光定量PCR（RT-qPCR）对该家族成员在盐胁迫下的表达模式进行研究。 结果 在马铃薯中共鉴定到26个GRAM家族基因;不均匀地分布于7条染色体上;理化性质分析显示StGRAM全部为亲水性蛋白;大部分为碱性蛋白;亚细胞定位预测StGRAM蛋白大部分存在于叶绿体和细胞核;根据系统进化分析可将StGRAM家族分为3个亚族;同一亚族成员具有相似的基因结构及motif分布;通过马铃薯物种内共线性分析发现StGRAM仅有一对同源基因;物种间共线性显示StGRAM在水稻和拟南芥中分别存在5对和3对同源基因;在StGRAM基因启动子区发现大量的激素响应元件和逆境胁迫响应元件;转录组测序分析和RT-qPCR分析显示;StGRAM基因受盐胁迫的诱导表达;可能参与了马铃薯对盐胁迫的响应过程;StGRAM25基因可能对中性盐和碱性盐有不同的响应模式。 结论 StGRAM基因家族在马铃薯盐胁迫响应和信号转导过程中发挥着重要作用。     

荷花 PIN 基因家族的鉴定及非生物胁迫表达分析

【目的】探究荷花中NnPIN家族成员的特征及在非生物胁迫响应中的作用,为荷花抗逆新品种的选育提供新的基因资源。【方法】采用生物信息学方法对荷花NnPIN家族进行全基因组鉴定,并通过qRT-PCR技术分析了其在低温(4℃)、水淹及外源3 mmol/L脱落酸(ABA)处理下的表达模式。【结果】(1)荷花基因组中共鉴定出12个具跨膜结构域的NnPIN基因,分别命名为NnPIN1～12,且分布在6条染色体上,并主要定位于质膜和内质网;(2)系统进化分析表明,NnPIN蛋白可根据中央亲水环的长度分为经典型和非经典型2种类型,且同一类型具相似结构;经典型具完整的motif 1～12,而非经典型则缺失中央亲水环部分(motif 6,8,9,12);(3)NnPIN基因在启动子区域具有大量光响应、非生物胁迫和激素响应元件,并特异性地具有厌氧、脱落酸(ABA)、低温等响应元件;(4)NnPIN基因(除NnPIN8外)均正向响应外源ABA和低温胁迫,而NnPIN6和NnPIN7正向响应水淹胁迫,NnPIN1、NnPIN2、NnPIN3、NnPIN4、NnPIN5、NnPIN8、NnPIN9和NnPIN12...     

葡萄TST基因家族鉴定及表达分析

【目的】液泡膜糖转运蛋白(TST或者TMT)是植物发育过程中发挥重要作用的一种糖转运蛋白。研究旨为探究TST基因家族在葡萄生长发育中的作用,并进一步为阐明TST基因功能提供坚实的基础。【方法】通过同源分析法从葡萄基因组中鉴定出13个TST基因,对基因的结构和编码蛋白质进行生物信息学分析;用qRT-PCR技术分析‘鄞红’葡萄发育过程中不同组织的TST表达水平,并对不同时期葡萄果肉中可溶性糖含量进行相关性分析。【结果】TST基因家族分布在6条染色体上,存在3对片段重复和3对串联重复基因;根据系统发育将其分为3个亚家族,各亚家族成员结构相似;TST基因含有大量与激素、光和胁迫响应相关的顺式作用元件;TST家族蛋白质由α-螺旋和无规则卷曲组成,各亚族蛋白模型相似;VvTST在不同组织中均有表达,并存在时空表达特异性;相关性分析发现,葡萄果肉中4个VvTST基因(VIT＿18s0001g12560、VIT＿18s0122g00850、VIT＿04s0023g01860和VIT＿03s0038g03940)的表达水平与其中可溶性糖的积累呈现相似变化趋势。【结论】VvTST可能对葡萄果肉中可溶性糖积累起到至关重要的作用。     

荔枝VQ基因家族鉴定及参与非生物胁迫应答的功能分析

【目的】鉴定荔枝（Litchi chinensis）VQ基因家族,并分析其在不同组织的表达模式及在低温、高温、干旱和盐胁迫下的应答。【方法】利用生物信息学方法在荔枝全基因组中鉴定LcVQ基因,并对其理化性质、亚细胞定位、基因结构和保守基序等进行分析;利用MEGA 6.0软件构建系统发育树,分析荔枝、拟南芥和水稻VQ蛋白的系统发育关系;使用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,qRT-PCR）技术验证LcVQs对多种非生物胁迫的响应情况。【结果】荔枝中共鉴定获得可聚类为9个亚族的18个VQ基因（LcVQ1-LcVQ18）,依次分布在荔枝的11条染色体上,其编码蛋白的氨基酸数介于111~427 aa之间,分子质量为12.48~45.49 kD;除LcVQ15和LcVQ17定位于细胞质之外,其余LcVQ蛋白均定位于细胞核。顺式作用元件预测分析结果表明,LcVQs启动子区域包含大量植物生长发育响应元件、激素响应元件及逆境响应元件。转录组数据分析结果显示,不同组织中LcVQs的表达量具有明显差异,总体上分为普遍性表达和特异性表达。qRT-PCR结果显示,在低温、高温、干旱和盐胁迫处理下的3 h内,与对照相比分别有4,3,3,4个LcVQs明显上调表达,可快速响应相应胁迫。【结论】荔枝全基因组中有18个VQ家族成员,具有典型VQ保守结构域,能差异化响应多种非生物胁迫,为研究其抗逆机制奠定了基础。     

甜橙SPL基因家族的鉴定及其在成花诱导中的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein-like(SPL)基因家族在植物成花转变与花器发育中起重要调控作用。该研究基于甜橙(Citrus sinensis)基因组数据,对甜橙SPL家族成员及其启动子区进行生物信息学分析,并采用qRT-PCR检测其在甜橙不同花期、不同品种花芽和叶片的表达特异性,为深入探讨CsSPLs基因在甜橙成花诱导中的功能奠定基础。结果表明:(1)共鉴定出15个含有SBP保守结构域的甜橙SPL基因,分别命名为CsSPL1~CsSPL15,且分布在6条染色体上。(2)CsSPL1~CsSPL15基因编码的氨基酸长度为130~1075 aa,分子量为14.73~118.75 kD;系统发育分析将15个CsSPLs分成8个亚族,除CsSPL4外,其他CsSPLs均与拟南芥SPL家族成员聚类。(3)顺式作用元件分析表明,CsSPLs启动子中含有大量光响应元件,推测CsSPLs可能在甜橙响应光调控过程中发挥重要作用。(4)转录组数据分析显示,CsSPLs在甜橙愈伤组织、花、叶片和果实中均有表达,其中CsSPL3、CsSPL4、CsSPL7、CsSPL8、CsSPL12、CsSPL13、CsSPL14和CsSPL15在花和叶片中较高表达。(5)qRT-PCR检测显示,CsSPLs在甜橙不同花期、不同品种花芽和叶片组织中的表达均有显著上调趋势,且采样各时期下早花品种‘赣南早’花芽和叶片中CsSPLs的表达量均高于对照品种‘纽荷尔’。研究认为,甜橙成花组织内CsSPLs基因的高表达是其花期提前的主要因素。     

陆地棉XTH基因家族全基因组鉴定及在纤维发育过程的表达分析

本研究从陆地棉TM-1基因组中鉴定出72个XTH家族基因,编码木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH,xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase),分别命名为Gh XTH01~Gh XTH72,分析了其基因结构、保守基序、系统进化、理化性质、亚细胞定位,并探究其在棉纤维发育不同时期的表达规律。结果表明,XTH家族基因分布在除At 07、Dt 07以外的24条棉花染色体上,根据系统发育树,将XTH家族基因分为3个亚组;XTH氨基酸序列有3个保守基序,保守性较强;多数XTH蛋白定位在细胞外。根据XTHs在纤维发育不同时期的表达量变化,将其分为4类。通过构建陆地棉与拟南芥XTH氨基酸序列进化树,推测Gh XTH15、Gh XTH28、Gh XTH36、Gh XTH49、Gh XTH59、Gh XTH62、Gh XTH63等基因在棉纤维发育过程中发挥重要作用。通过比较XTH家族基因在不同纤维品质陆地棉品种中的表达差异,推测在优质棉花品种中优势表达基因Gh XTH03、Gh XTH12、Gh XTH17、Gh XTH22、Gh XTH23、Gh XTH28、Gh XTH33、Gh XTH44、Gh XTH46、Gh XTH59等在纤维发育伸长过程中可能发挥着重要作用。上述结果为研究陆地棉XTH基因家族在棉纤维发育中的功能提供了参考依据。     

谷子CPP基因家族鉴定及外源硒响应分析

【目的】探究谷子CPP基因家族成员特征及在外源硒处理下的响应模式,为谷子富硒高叶酸新品种选育提供遗传材料。【方法】借助生物信息学工具鉴定谷子CPP家族成员,用qRT-PCR技术对CPP基因在不同组织及外源硒处理下的表达水平进行检测。【结果】(1)谷子基因组中包含9个CPP基因,定位于6条染色体上,分别命名为SiCPP1-SiCPP9,所有成员均定位在细胞核,蛋白质二级结构中无规则卷曲占比最重。(2)谷子CPP蛋白可分为4个亚家族,相同亚家族之间保守基序和结构域的数目及分布相似。(3)启动子分析发现谷子CPP家族中存在大量光、生长发育、激素及胁迫响应元件。(4)谷子CPP家族成员在根、茎、叶和穗中差异表达,SiCPP5、SiCPP6、SiCPP7和SiCPP8对外源硒响应最强烈。【结论】谷子CPP家族成员具有组织表达特异性,且对外源硒存在不同程度响应。     

番茄PPR基因家族的鉴定与生物信息学分析

PPR(Pentatricopeptide repeats)基因家族在植物中广泛存在, 其在植物生长发育过程中至关重要。文章采用生物信息学方法, 利用Pfam已鉴定的PPR保守结构域序列检索番茄(Solanum lycopersicum L.)基因组计划注释的蛋白序列, 最终确定了番茄中可能存在的471个PPR编码基因; 根据拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)中鉴定的各个结构域的特点对其进行了蛋白结构分析、分类和保守序列分析, 并对番茄PPR基因家族进行了系统进化树构建、染色体定位、亚细胞定位预测、表达和GO分析等。结果表明：番茄PPR基因家族分为P和PLS两个亚家族, 各占序列数目的一半, PLS亚家族又分为PLS、E、E+和DYW四类, 且在进化树中形成不同的分支; 各个结构域在植物中非常保守; PPR基因家族分布在番茄12条染色体上, 且多数无内含子结构; 大部分PPR蛋白具有线粒体或叶绿体定位序列, GO分析表明PPR蛋白参与RNA相关的生物学过程     

逆境与赤霉素调控下茶树BRX同源基因的系统性鉴定与响应模式解析

【目的】鉴定茶树BRX家族基因,分析其在不同组织和逆境下的表达模式,为探究BRX基因功能奠定基础。【方法】基于茶树基因组数据库及TBtools等软件对BRX基因进行鉴定分析;以‘舒茶早’为材料,对其进行不同时间的盐、干旱、高温、低温及外源GA3处理;用RT-qPCR检测CsBRXs基因在不同组织和处理下的转录水平。【结果】共鉴定到5个CsBRXs基因,其编码蛋白由313~370个氨基酸组成,该家族基因结构相似且高度保守,启动子区域含激素和逆境响应元件,根据进化关系BRX蛋白被分为4个亚族。CsBRX1、CsBRX3和CsBRX5在嫩叶中均有表达,CsBRX4仅在老叶中表达,盐胁迫12 h时,CsBRX1、CsBRX2和CsBRX4的转录水平最高,CsBRX2快速响应低温胁迫,在1 h时表达量达峰值,CsBRX2对外源GA3信号积极响应,在24 h时表达量最高。【结论】CsBRXs基因在茶树中的表达具有组织特异性,并差异化响应多种逆境胁迫和GA信号,为研究其抗逆机制提供指导。     

板栗SWEET基因家族成员的鉴定及表达分析

目的 SWEET基因家族与果实中淀粉含量、糖含量密切相关;分析板栗SWEET基因家族在板栗果实成熟过程中的表达模式;为后续研究板栗SWEET基因家族在果实成熟过程中的作用奠定基础。 方法 利用生物信息学方法鉴定出7种壳斗科物种SWEET基因家族;对其进行系统进化树构建、各个成员同源性分析、基因复制类型分析等;同时分析板栗SWEET基因家族蛋白理化性质、基因结构、选择压力、蛋白结构等;利用转录组和RT-qPCR分析板栗SWEET基因家族成员在不同果实成熟时期的表达模式。 结果 7种壳斗科物种中共包含了129个SWEET基因家族成员;7种壳斗科物种分化之前共拥有16个SWEET基因家族成员。板栗SWEET基因家族共有19个;不均地分布在9条染色体和1条contig片段上;同时其蛋白拥有较为一致的Motif分布、保守结构域分布。顺势作用元件分析结果显示;大量的生长发育相关元件、激素响应元件以及胁迫响应元件存在于板栗SWEET基因家族启动子序列上。转录组和RT-qPCR分析显示;有9个板栗SWEET基因家族成员在板栗果实成熟过程中表达。其中CmSWEET1、CmSWEET3、CmSWEET4、CmSWEET16及CmSWEET19随着果实成熟过程基因表达量下调;CmSWEET2及CmSWEET9随着果实成熟过程基因表达量上调;CmSWEET15与CmSWEET17随着果实成熟过程基因表达量先下调再上调。 结论 共鉴定了129个壳斗科物种SWEET基因家族成员;其中有19个板栗SWEET基因家族成员;CmSWEET15与CmSWEET17表达模式与可溶性糖变化模式相似;其可能调控板栗果实成熟过程中可溶性糖转运;CmSWEET1、CmSWEET2、CmSWEET3、CmSWEET4、CmSWEET9、CmSWEET16及CmSWEET19表达模式与淀粉变化模式完全一致或完全相反;其可能调控板栗果实成熟过程中淀粉积累。     

水稻AT-hook基因家族生物信息学分析

AT-hook是一种小型的DNA结合蛋白基序, 在哺乳动物非组蛋白染色体的高移动组蛋白(HMG-I/Y)中首次发现。对其它生物的研究表明, AT-hook蛋白在染色质结构组装、靶细胞特异性结合、转录调控和生长发育的调控中发挥重要作用。利用生物信息学方法, 从水稻(Oryza sativa)基因组中鉴定出了45个编码AT-hook蛋白的基因, 并对这些基因的系统进化、染色体定位及其编码蛋白的结构和功能等进行了系统的生物信息学分析。结果表明, 水稻AT-hook蛋白的结构和特性分化不显著; 45个水稻AT-hook基因可划分成5个亚族; 染色体复制是基因家族成员扩增的进化途径之一。基因数字表达分析结果显示, AT-hook基因主要在水稻幼穗中表达, 并通过qRT-PCR验证了部分基因的数字表达结果。     

白菜型油菜CCDs家族全基因组鉴定及表达分析

目的 鉴定白菜型油菜（Brassia rapa L.）类胡萝卜素裂解双加氧酶（carotenoid cleavage dioxygenases, CCDs）基因家族成员;深入了解BrCCD家族基因功能及组织表达特性。 方法 利用生物信息学方法;对白菜型油菜CCDs基因家族进行鉴定;构建系统发育树;对其染色体分布、基因结构、保守基序、种内共线性及启动子顺式元件进行分析。结合转录组数据和RT-qPCR技术;分析CCDs基因在不同组织中的表达情况。 结果 在白菜型油菜中鉴定出16个 BrCCD基因;划分为6个亚组;不均匀的分布在8条染色体上;共线性分析发现有7对CCDs基因之间存在共线性关系;顺式作用元件分析表明;CCDs家族成员可能响应生长发育、激素调控、非生物胁迫等多种调控过程。转录组及定量PCR数据分析显示;BrCCD的表达具有组织特异性;BrCCD-L基因在花、叶和种子中表达量较高;BrCCD1b在花中表达量较高;其余多在种子和叶中具有较高的表达量。 结论 白菜型油菜基因组中共鉴定出16个CCDs基因;在不同组织中表现出不同的表达模式。BrCCD-L基因与藏红花属CCD2基因具有极高的相似性;且在不同组织中都显著表达。     

DNA芯片技术与基因表达研究

随着基因组计划的顺利实施,大量的生物信息被解析,基因表达及基因功能的研究将成为生命科学研究的热点。ＤＮＡ世片技术是近年来出现的分子生物学与微电子技术相结合的最新ＤＮＡ分析检测技术。该技术将在生命科学与信息科学之间架起一道桥梁,因而成为后基因组时代基因功能分析撮重要的技术之一。目前ＤＮＡ芯片技术已在基因保得到广泛的应用。     

激素和非生物胁迫下荷花GH3基因家族的表达分析

目的 探究荷花（Nelumbo nucifera）NnGH3家族成员的特征及其在非生物胁迫响应中的作用;为荷花抗逆新品种的选育提供新的关键候选基因资源。 方法 采用生物信息学方法从荷花全基因组中鉴定酰基酰胺合成酶（GH3）家族成员;对GH3基因编码的酰胺合成酶理化性质、染色体定位、三级结构预测、系统发育树、基因结构、共线性和表达模式等进行详细研究;并利用RT-qPCR技术探究NnGH3家族基因分别在低温（4℃）、厌氧（水淹）、盐害（300 mmol/L NaCl）及外源施加激素（0.1 mmol/L IAA、1 mmol/L JA和5 mmol/L SA）处理下的表达模式。 结果 从荷花基因组中鉴定出14个NnGH3家族成员;它们集中分布在5条染色体上;根据其在染色体的位置依次命名为NnGH3.1-3.14;其分子质量为365-630 aa;理论等电点均小于7;为酸性蛋白;亚细胞定位于细胞核和细胞质上;聚类分析表明GH3家族成员分为Group Ⅰ和Group Ⅱ两组;绝大多数成员含有3-4个外显子和GH3 superfamily结构域。14个NnGH3基因中有2对基因存在共线性;与拟南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa）GH3基因分别存在14和6对共线关系。顺式作用元件预测分析表明;该家族基因存在大量光、逆境和激素等响应元件。表达分析结果显示;NnGH3负向响应低温胁迫;绝大多数成员正向响应SA处理和盐胁迫;特异性响应IAA、JA处理及厌氧胁迫;其中Group Ⅱ中的NnGH3.4和NnGH3.13基因以及Group Ⅰ中的NnGH3.3基因在所有处理中表达量变化最为显著。 结论 在全基因组范围内从荷花中系统鉴定得到14个NnGH3家族成员;分为Group Ⅰ和Group Ⅱ两组;均含有GH3 superfamily结构域;为酸性蛋白。NnGH3家族基因在不同的外源激素和非生物胁迫条件下的表达具有特异性。     

基于转录组的葱蝇表皮蛋白基因家族的鉴定及在非滞育和冬滞育条件下的表达分析

【目的】昆虫表皮蛋白在昆虫的生长发育、抑制水分蒸发和抵御其他外界不良环境等方面起到重要的作用。通过转录组水平上葱蝇Delia antiqua表皮蛋白基因家族的鉴定及部分基因在非滞育和冬滞育条件下的表达规律分析,为进一步研究葱蝇表皮蛋白在滞育期的抗逆功能奠定基础。【方法】基于转录组数据,通过生物信息学方法对葱蝇表皮蛋白基因进行鉴定分析,系统进化和保守结构域分析并采用实时荧光定量PCR法比较分析了12个基因在葱蝇非滞育和冬滞育不同发育时期的表达变化。【结果】在葱蝇中鉴定出81个表皮蛋白基因,分别属于RR(71个基因)、CPAP(5个基因)和CPLC(5个基因)亚家族,其编码的蛋白质含有92~495个氨基酸,分子量约为8.692~52.2 k D,等电点为3.90~9.93。亚细胞定位预测结果显示67个全长表皮蛋白均为外分泌型。12个葱蝇表皮基因在非滞育和冬滞育过程中有明显不同的表达规律。【结论】葱蝇表皮蛋白基因RR-2型的保守基序中发生了基因突变,引起关键氨基酸的替换,这可能暗示它们在非滞育和滞育不同条件下,不同发育阶段中蛹皮结构重建和某些器官的发生方面发挥不同作用。该研究结果为进一步阐明葱蝇滞育蛹皮结构及抗逆功能的研究提供了重要理论基础。     

生物信息技术加速开发旧药新用途

传统的技术路线研发新药,不仅周期很长而且耗资巨大,开发已获批准药物新的治疗用途,又称为药物重定位,比传统的新药研发具有明显的优势．基于芯片的基因表达谱分析,已常规地广泛用于各种人类疾病的临床研究,提供了在全基因组水平描述疾病状态的特征信号．同时,基因芯片也广泛地用于对比药物处理前后细胞基因表达模式的变化,这也提供了反映药物效应的高质量信号．最近出版的Science Translational Medicine杂志同时发表了一个研究组的两篇论文,为我们展示了如何利用生物信息学手段重新解析和比较全基因组基因表达谱数据,以高效地预测药物的新用途．这两篇论文使用了公共数据库中的100种疾病基因表达谱数据,以及164种药物处理前后细胞基因表达谱数据,通过比较和配对疾病与药物基因表达谱,得到了一些可以逆转疾病异常表达基因的药物,其中证实了一些已知的药物-疾病组合,也预测了一些新的药物-疾病组合．最后通过实验验证了抗溃疡药可用于治疗肺癌,而抗癫痫药可治疗炎症性肠道疾病,进一步证实了他们所采用研究策略的正确性．于是,肺癌和炎性肠道疾病这两种临床上难治的疾病有了新的候选治疗药物,我们也有了一种挖掘已有数据快速发现药物新用途的思路和方法．     

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。