芝麻MATE基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物为了维持其生命系统的正常运转,需要对各种代谢产物和毒素进行转运和排出.多药与毒性化合物排出转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在多种底物和毒素的运输中起到重要作用.本研究利用生物信息学手段对芝麻MATE基因家族进行了全基因组分析,鉴定得到67个MATE基因,分布于全部13条染色体上,亚细胞定位预测表明这些基因主要位于质膜上.串联复制和全基因组复制是芝麻MATE基因家族扩增的主要动力.比较基因组学分析发现在芝麻和拟南芥中具有许多共线性的MATE基因,且大部分串联复制SiMATE基因产生于芝麻和拟南芥分化之后.系统进化分析可将芝麻MATE成员分为4个亚家族,大部分相似功能的己知植物MATE成员被聚在同一分枝中,进化树中关系较近的芝麻MATE成员往往具有相似的基因结构和保守基序.基因表达分析表明一半以上的SiMATE基因具有组织表达特异性.这些结果为芝麻MATE基因功能的研究提供了重要参考.     

植物多药和有毒化合物排出转运蛋白研究进展

植物在生长及适应环境的过程中会吸收很多有益或有害的物质,自身也会产生大量代谢物,植物对这些物质的转运是植物生长发育及适应环境的重要环节,有多种转运蛋白家族参与其中。多药和有毒化合物排出转运蛋白(MATEs)是生物体中重要的转运蛋白家族之一,而植物中MATE基因的丰富程度要远远高于其他生物。根据植物MATEs的蛋白结构,这些基因被分为4个主要的亚家族,即MATE I,MATEⅡ,MATEⅢ和MATE IV。同一亚家族或同一MATE基因簇的基因还具有相同或相似的功能。植物MATEs定位于细胞的各种生物膜上,如细胞质膜、液泡膜、高尔基膜及囊泡膜等。此外,一些MATEs的表达还具有组织特异性,它们转运的底物也具有多样性和特异性,使得MATEs呈现出多种生物学功能。它们在外源性物质的排出、次生代谢产物的转运和累积、铁转运、铝脱毒和植物激素信号传递及植物的抗病性等方面都起着重要作用。该文对MATEs的发现、基因分类、亚细胞定位及生理功能等方面进行了概述,对深入研究该基因家族提供了思路,对该基因家族的应用进行了展望。     

拟南芥中MATE基因家族的研究进展

多药和有毒化合物排出家族（Multidrug and Toxic Compound Extrusion, MATE）是一个新的次级转运蛋白家族,此类转运蛋白对氨基葡糖、阳离子染料、多种抗生素和药物有转运作用。拟南芥中的MATE基因家族是一个多基因家族,大概由56个成员构成,本文综述了拟南芥中MATE家族基因的研究进展,包括3个方面：第一是拟南芥中MATE家族成员的构成及主要特征;第二描述了转运蛋白的主要功能;第三分析了其功能多样的大致原因。此外,还展望了此家族研究的一些前景。     

普通烟草MATE基因家族分析及功能预测

摘要：植物多药和有毒化合物排出家族（multidrug and toxic compound extrusion,MATE）是一类可转运毒素、金属离子、次级代谢产物的次级转运蛋白家族。该家族主要在植物的解毒机制中发挥作用,部分成员也参与植物的形态建成过程。MATE家族在烟草基因组中的数量、特征及功能目前尚未开展系统分析。本研究利用生物信息学方法对普通烟草（Nicotiana tabacum）基因组中的MATE基因进行了预测分析,共预测到131个基因,分为4个亚家族。亚家族3在进化树中形成较为独立的分枝,其跨膜区数量、亚细胞定位、保守结构域方面与其他亚家族不同。转录组数据显示,相当一部分MATE家族基因在所有组织中低量表达。GO功能注释结果表明该家族成员主要作为一种转运体,在应激响应、生物调控等过程中发挥作用。本研究为烟草及其他植物中MATE家族的鉴定和功能研究提供了数据基础。     

棉花YABBY基因家族的全基因组分析

YABBY基因家族属于锌指蛋白超家族(Zinc finger super-family)的亚家族,在调控植物叶和花器官发育过程中起着重要的作用。从陆地棉标准系TM-1(Gossypium hirsutum L.acc.TM-1)基因组中鉴定到23个YABBY基因家族成员,具有不同的亚细胞定位;这些基因分布在16条染色体和1条Scaffold上,且有9对共线性基因;棉花的YABBY基因家族分为4个亚组,每个亚组都有与拟南芥同源的基因,且每个亚组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析表明,TM-1全基因组中的23个YABBY基因家族成员具有较为广泛的组织表达类型。所有YABBY基因家族成员在花、蕾和茎端分生组织中表达。     

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。     

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。     

全基因组与串联复制后白菜基因的保留

全基因组复制与串联复制是两种重要的基因扩增途径,在生物进化过程中普遍存在.这两种复制方式相互关系的研究在拟南芥中已经取得很多成果.白菜(Brassica rapa)属于十字花科(Brassicaceae)芸薹属(Brassca),是一类重要的经济作物,也是研究基因组多倍化和形态演化的模式植物.白菜基因组的测序与组装工作已经取得了重大成就,运用比较基因组学的方法,通过比较白菜与模式植物拟南芥,可以清晰鉴定白菜基因组经历的全基因组三倍化事件.同时,白菜与拟南芥同属于十字花科,有较近的起源关系和良好的基因组共线性关系.因此,拟南芥可以作为外群研究白菜全基因组三倍化以及串联重复之后基因的偏向性保留.结果发现,在白菜中存在物种特有的偏向性保留基因,即与环境刺激相关的基因和与激素相关的基因.     

籼稻细胞色素P450超基因家族成员及其EST证据

将预测的籼稻基因同289个已知的拟南芥细胞色素P450基因进行蛋白质序列比对, 在籼稻(Oryza sativa L. ssp. indica)工作框架草图中找到了528个可能的细胞色素P450基因, 初步认定上述籼稻P450基因来自于已在拟南芥中确定的40个P450基因家族. 比较拟南芥和籼稻的细胞色素P450s在基因家族中的分布, 发现这两种植物P450基因的家族分布规律总体相似, 但也有不同, 例如: CYP71, CYP72, CYP76, CYP89, CYP94, CYP709等家族的成员在籼稻中远远多于拟南芥的; CYP705家族的成员在籼稻中没有, 但在拟南芥中却多达33个. 另外, 发现籼稻CYP71和CYP81家族的成员在基因组中成串联重复排列, 它们可能是进化过程中基因复制的结果. 进一步将这些籼稻P450基因的DNA序列同籼稻表达序列标签(expression sequence tags, ESTs)进行核酸序列比对, 为263个可能的籼稻P450s找到了ESTs的证据, 说明这些基因在转录水平上确实有所表达.     

4种模式植物LRR Ⅷ-2亚家族基因的鉴定和进化历史分析

全基因组重复与串联重复是发生基因重复的重要机制,也是基因组和遗传系统多样化的重要动力。LRR-RLK编码富含亮氨酸重复的类受体蛋白激酶,是被子植物进化史上发生大规模扩张而形成的多基因家族。拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtLRR-RLK包含15个亚家族,AtLRRⅧ-2是其中发生串联重复比例最高的亚家族。通过分析拟南芥、杨树(Populustrichocarpa)、葡萄(Vitis vinifera)和番木瓜(Carica papaya) 4种模式植物中LRR Ⅷ-2亚家族基因的扩张及差异保留情况,结果显示, LRR Ⅷ-2在杨树中的扩张程度最高,在拟南芥和葡萄中的扩张程度居中,但在番木瓜中发生丢失。拟南芥、杨树和葡萄LRR Ⅷ-2亚家族具有旁系同源基因对,但在番木瓜中未发现旁系同源基因。除杨树中的1对旁系同源基因外, 4种模式植物中LRR Ⅷ-2亚家族的旁系和直系同源基因都受到较强的纯化选择作用。对LRR Ⅷ-2亚家族进化历史的深入分析有助于理解基因重复在植物进化中的作用和意义,可为预测同源基因功能及解析其它基因家族进化历史提供参考。