甘蓝型油菜MADS-box基因家族的鉴定与系统进化分析

MADS-box基因家族参与调控开花时间、花器官分化、根系生长、分生组织分化、子房和配子发育、果实膨大及衰老等植物生长发育的重要过程。基于甘蓝型油菜(Brassica napus)基因组测序数据,利用生物信息学方法对甘蓝型油菜MADS-box基因家族进行鉴定和注释及基因结构与系统进化分析。结果显示,在甘蓝型油菜中鉴定出307个MADS-box基因家族成员,根据进化关系可将其分为两大类型,I型(M-type)包含α、β、γ三个亚家族,II型(MIKC-type)包括MIKCC和MIKC*两个亚家族,MIKCC可进一步分为13个小类;甘蓝型油菜A基因组染色体上分布的MADS-box基因多于C基因组。在基因结构上,MIKC-type亚家族基因序列普遍比M-type长且含有较多的外显子;M-type亚家族蛋白序列中的motif数量为2–5个,MIKC-type亚家族蛋白序列中平均含有7个motif。拟南芥(Arabidopsis thaliana)与甘蓝型油菜MADS-box基因共线性分析结果显示,全基因组复制事件对MADS-box基因家族尤其是MIKC亚家族的扩张起重要作用;MIKC亚家族基因在进化过程中受到的选择压力约为M-type的2倍,这表明MIKC-type亚家族在进化过程中被选择性保留。     

水稻丝氨酸蛋白酶S8基因家族的分布及分析

水稻丝氨酸蛋白酶S8基因家族在水稻的生长发育过程中起着重要的调控作用。本研究利用公共数据库资源,分析水稻中丝氨酸蛋白酶S8基因家族,在水稻12条染色体上找到46个该类基因。通过其结构分析发现,每个基因的内含子数目从0到10各不相同,但氨基酸序列是非常保守的,都有催化活性位点和底物结合位点。系统进化树分析显示,这46个基因分为3个亚家族,S8-1亚家族最大。该家族基因的进化主要是通过基因重复复制的方式进行,其表达模式发生了变化,并且多个基因在穗部具有表达。     

基因组水平蝙蝠嗅觉受体基因的分子进化

翼手目动物（俗称蝙蝠）的食性分化显著,不同食性的蝙蝠具有显著不同的嗅球大小。为了研究嗅觉是否影响了蝙蝠食性的进化,我们利用网上已公布的10种蝙蝠基因组的数据,通过同源比对的方法鉴定出所有的嗅觉受体基因,并进行嗅觉受体基因亚家族的分类,进而比较嗅觉受体基因亚家族的数目差异。结果显示,蝙蝠的嗅觉受体基因与其它哺乳动物一样,都可以分为13个单系起源的亚家族;在Yinpterochiroptera亚目中,OR1/3/7、OR2/13、OR5/8/9等3个嗅觉受体亚家族在食果蝙蝠中均发生了不同程度的扩张,基因数目显著地多于食虫蝙蝠,提示嗅觉在食果蝙蝠取食过程中具有重要的作用。因此,本研究在基因组水平上重现了蝙蝠嗅觉受体基因的进化历史,揭示了3个嗅觉受体基因亚家族的功能可能与食果蝙蝠的食性相关,突出了嗅觉对动物食性的重要作用.     

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     

大熊猫Dmrt基因家族4个成员基因的克隆

果蝇Doublesex基因、线虫Mab-3基因和人类DMRTI基因均含有一个新的具有DNA结合能力的保守基序,即DM结构域。它们在性别决定和分化发育的调控过程中具有相似的功能。通过简并PCR克隆技术,扩增和克隆了大熊猫基因组中的DM结构域,得到了4个具有不同DM序列的克隆。结果显示,在大熊猫基因组中存在Dmrt基因家族的多个成员。该基因家族在脊椎动物和非脊椎动物都具有高度的进化保守性。     

番茄多胺氧化酶(PAO)基因家族鉴定及表达分析

该研究通过生物信息学手段,从番茄基因组中鉴定出11个编码多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)的家族基因(命名为SlPAO1~11),分为3个亚家族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ);基因结构分析、蛋白质二级结构预测、亚细胞定位预测结果均显示,SlPAOs基因家族具有明显的亚家族分类特征。序列和进化分析结果显示,亚家族Ⅰ和Ⅱ中的SlPAO1~8属于典型的PAO基因,而亚家族Ⅲ中的SlPAO9~11编码蛋白还含有特异性的SWIRM结构域,SlPAO9~11属于组蛋白赖氨酸特异性脱甲基化酶,而非真正的PAO。选取上述鉴定的8个典型SlPAO基因(SlPAO1-8),采用qRT-PCR技术对SlPAO1-8基因在不同组织中(干燥种子,新鲜的真叶、子叶、茎、根)的相对表达分析显示,SlPAO1-8在不同组织中的表达水平差异显著,推测SlPAOs基因家族的组织表达多样性与功能多样性之间可能具有一定的相关性。     

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。     

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。     

小鼠Nlrp基因家族生物信息学分析

NLRP基因家族广泛分布于哺乳动物基因组中,在先天免疫反应和生殖发育过程中起着重要作用。本研究以小鼠Nlrp基因家族20个成员为研究对象,通过生物信息学方法对该基因家族成员在基因结构、保守结构域、蛋白质理化性质、亲水和疏水性、潜在磷酸化位点和基因表达等方面进行系统分析,并绘制系统进化树。研究表明,小鼠Nlrp家族基因序列结构差异较大,内含子数量变化较大,基因结构中有一个明显保守的CDS区域;基因家族序列保守性较好,有4个保守区域,序列长度分别为50、34、37、29,亚家族间保守性更高,其中Nlrp10没有亮氨酸重复结构域;基因同源性高,系统发生分析显示免疫相关基因与生殖发育相关基因在进化中已经分开,NLRP2和NLRP7可能起源同一祖先。所有蛋白质均有多个磷酸化位点,脂肪族系数介于82.54～100.33之间,GRAVY值均小于0,蛋白质表现为亲水性,无跨膜结构;亚细胞定位方面NLRP1A位于细胞核、NLRP1B位于质膜、NLRP5位于高尔基体,其它均位于细胞质;各蛋白质PI值均不相同,可用等电聚焦电泳区分各家族成员。所有Nlrp家族成员在配子发生和胚胎发育过程中均有不同程度的表达。本研究结论不仅丰富了NLRP基因家族信息,同时为进一步过渡到体外实验水平和实验研究方案的制定提供理论依据。