灵宝杜鹃SBP基因家族的鉴定及非生物胁迫下的表达分析

【目的】 SQUAMOSA启动子结合蛋白（SBP）家族在植物发育和非生物胁迫等方面起重要作用,本研究可为灵宝杜鹃SBP基因家族成员的生物学功能和在非生物胁迫响应的调控功能提供参考,并为灵宝杜鹃物种保护奠定基础。【方法】采用生物信息学方法对灵宝杜鹃（Rhododendron henanense subsp. lingbaoense）SBP基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,基于转录组数据分析组织特异性,并利用qRT-PCR方法检测SBP在非生物胁迫下的表达。【结果】结果表明：（1）从灵宝杜鹃基因组中共鉴定出19个含SBP保守结构域SBP成员,依次命名为RhlSBP1- RhlSBP19,基因不均匀分布在8条染色体上,编码的氨基酸长度为179~1 072 aa,分子量为20.26~118.73 kD;蛋白定位于细胞核。（2）系统发育分析将19个RhlSBP分为5个亚族,大部分RhlSBP与拟南芥SPL家族成员聚类。（3）MEME分析表明,所有的RhlSBP共有motif 1、motif 2和motif 4,基因结构显示Ⅳ、Ⅴ亚族内含子数量远多于I、Ⅱ、Ⅲ亚族。（4）顺式作用元件分析表明,RhlSBP启动子中含有大量光响应元件、激素响应元件和环境胁迫响应元件,推测RhlSBP可能在灵宝杜鹃响应光调控、环境胁迫发挥重要作用。（5）物种间的共线性分析显示灵宝杜鹃和羊踟蹰、圆叶杜鹃SBP基因共线性关系与水稻、拟南芥相比更强。（6）转录组数据分析显示,RhlSBP基因亚家族成员具有相似的组织表达模式。（7）qRT-PCR分析表明,RhlSBP基因对非生物胁迫具有响应作用,但不同成员在不同胁迫下的响应程度存在差异。茉莉酸甲酯和低温处理后,基因表达总体呈上调趋势,高盐会抑制RhlSBP基因表达,干旱条件下,RhlSBP基因表达处于先上调再下调趋势,RhlSBP1、RhlSBP8可能是干旱、低温和MeJA诱导关键基因。     

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。     

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,...     

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。     

割手密SnRK2基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫表达分析

【目的】探究割手密SnRK2基因家族成员在干旱胁迫中的调控机制,为抗旱性甘蔗品种的选育提供侯选基因。【方法】以全基因组数据为基础从割手密中鉴定SnRK2基因,并对其进行生物信息学分析和干旱胁迫下的表达分析。【结果】在割手密基因组中共鉴定出11个SnRK2基因家族成员,命名为SsSnRK2.1-SsSnRK2.11,且这些基因不均匀地分布于8条染色体上。SnRK2蛋白的氨基酸残基数为227～580,分子质量为25 683.53～64 695.8 kD,等电点为4.62～8.94,且均为亲水性蛋白。系统发育树可将其分为3个亚组,且同亚组中的保守基序基本相似,外显子数量以7～9个为主。SsSnRK2基因家族成员的启动子中含有多种激素类和逆境胁迫响应类的作用元件。割手密SsSnRK2基因家族成员的表达具有组织特异性。所有的SsSnRK2基因均能不同程度地响应干旱胁迫。【结论】割手密SnRK2基因家族在响应干旱胁迫过程中发挥重要作用,可为割手密的抗逆性研究提供一定的理论依据。     

普通丝瓜PYL基因家族鉴定及在果实发育中表达分析

【目的】为了探究普通丝瓜PYL基因在ABA处理下的表达模式。【方法】利用生物信息学方法,分析PYL基因家族在普通丝瓜全基因组中的分布、染色体定位、基因结构、基因共线性、选择压力分析、进化亲缘关系和顺式作用元件,并通过qRT-PCR验证在不同浓度ABA下表达特异性。【结果】在普通丝瓜全基因组中鉴定到11个LcPYL基因,对应CDS长度576-966 bp,均具有典型PYR_PYL_RCAR_like结构;共线性分析发现7对源自于全基因组复制事件,预测具有相似的生物学功能;普通丝瓜PYL基因启动子含多个与植物激素相关的顺式作用元件,其成员的表达具有一定的组织特异性;普通丝瓜果实在不同浓度外源ABA处理下,2 mg/ml ABA处理LcPYLs表达并无显著变化,4 mg/ml ABA处理LcPYL5、LcPYL7、LcPYL11显著上调表达,8 mg/ml ABA处理LcPYL1、LcPYL7开花当天显著表达。【结论】本研究对普通丝瓜PYL家族成员进行了系统的鉴定与分析,明确其分子结构特征和表达模式,其中LcPYL1、LcPYL5、LcPYL7和LcPYL11可能是与内源ABA生物合成密切相关的关键基因。     

糜子黄、黑种皮遗传及转录组学分析

同源异型域-亮氨酸拉链(homedomain-leucine zipper,HD-Zip)转录因子广泛参与植物的生长发育和抗胁迫过程。该研究通过生物信息学方法对青稞HD-Zip基因家族进行全基因组分析鉴定,并采用qRT-PCR技术分析非生物胁迫下该基因的表达特性,为深入探讨青稞HD-Zip转录因子的生物学功能及其在高原作物抗逆育种中的应用奠定基础。结果表明：(1)成功从青稞基因组中共鉴定出41个HD-Zip基因家族成员,依次命名为i>HvvHD-ZipⅠ-1~Ⅳ-13,且这些基因在7条染色体上呈不均匀分布。(2)理化性质分析发现,HvvHD-Zip蛋白包含197～885个不等的氨基酸残基;分子量范围在19 914.36～94 014.87 Da;亚细胞定位表明HvvHD-Zip蛋白都位于细胞核。(3)根据多序列比对、系统进化、基因结构和保守基序差异将其聚为4个亚家族,各亚家族分类特征与系统聚类结果一致。(4)顺式作用元件预测分析发现,i>HvvHD-Zip基因启动子中含有11种植物激素和胁迫响应元件。(5)qRT-PCR结果显示,HvvHD-Zip Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ亚家族基因对各胁迫响应明显;与根组织相比,多数i>HvvHD-Zip基因在叶组织中响应明显(上调或下调);与冷和盐胁迫相比,i>HvvHD-Zip各基因对旱胁迫响应较强。     

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。     

青稞HD-Zip基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达特性

同源异型域-亮氨酸拉链(homedomain-leucine zipper, HD-Zip)转录因子广泛参与植物的生长发育和抗胁迫过程。该研究通过生物信息学方法对青稞HD-Zip基因家族进行全基因组分析鉴定,并采用qRT-PCR技术分析非生物胁迫下该基因的表达特性,为深入探讨青稞HD-Zip转录因子的生物学功能及其在高原作物抗逆育种中的应用奠定基础。结果表明：(1)成功从青稞基因组中共鉴定出41个HD-Zip基因家族成员,依次命名为HvvHD-ZipⅠ-1～Ⅳ-13,且这些基因在7条染色体上呈不均匀分布。(2)理化性质分析发现,HvvHD-Zip蛋白包含197～885个不等的氨基酸残基;分子量范围在19 914.36～94 014.87 Da;亚细胞定位表明HvvHD-Zip蛋白都位于细胞核。(3)根据多序列比对、系统进化、基因结构和保守基序差异将其聚为4个亚家族,各亚家族分类特征与系统聚类结果一致。(4)顺式作用元件预测分析发现,HvvHD-Zip基因启动子中含有11种植物激素和胁迫响应元件。(5)qRT-PCR结果显示,HvvHD-ZipⅠ、Ⅱ、Ⅳ亚家族基因对各胁迫响应明显;与根组...     

枳LEA基因家族鉴定及其对非生物胁迫的响应

为明确LEA基因在枳非生物胁迫中的作用,研究通过生物信息学方法对枳LEA基因家族进行全基因组的鉴定,并采用qRT-PCR技术分析其在不同非生物胁迫下的表达情况。结果表明:(1)枳基因组中鉴定得到57个LEA基因家族成员,编码蛋白的氨基酸长度在62~945 aa之间,分子质量在6.95~104.98 kD之间。(2)系统进化分析表明,PtrLEA基因可分为8个亚家族,LEA_1~LEA_6、dehydrin和SMP,LEA_2亚族家族成员最多。(3)顺式作用元件分析表明,PtrLEA启动子上存在大量的植物激素、胁迫响应以及生长发育有关的响应元件。(4)转录组数据分析结果显示,LEA基因家族具有组织表达特异性,PtrLEA 15、PtrLEA 17、PtrLEA 23、PtrLEA 51在所有组织中均有高表达,也发现有3个基因在所有组织中不表达。(5)实时荧光定量PCR结果显示:PtrLEA基因在低温、干旱和高盐胁迫处理条件下,与对照相比分别有6、2和6个基因上调表达,推测该基因家族参与多种非生物胁迫应答。     

山新杨LTP家族基因生物信息学及表达模式分析

以山新杨（Populus davidiana×P. alba var. pyramidalis）LTP家族基因为研究对象,初步分析该家族基因的序列特征和表达模式,筛选材性和抗性相关PdbLTP基因,为LTP基因的分子调控机制研究及林木遗传改良提供候选基因。通过蛋白性质分析、多序列比对分析、进化树分析初步分析LTP家族基因的序列特征。利用荧光定量PCR（qRT-PCR）分析重力、NaCl及PEG胁迫处理下山新杨LTP家族基因的表达模式。查找获得8条 PdbLTP基因序列,2条亚家族PdbGLTP基因序列。CDS序列长度在294~396 bp。LTP家族蛋白为疏水性蛋白且具有8个半胱氨酸的保守结构。qRT-PCR结果显示,PdbLTP1、PdbLTP3、PdbLTP5、PdbLTP7基因在应拉木中表达上调;PdbLTP1、PdbLTP2、PdbLTP3、PdbLTP5基因在茎中表达量最高;除PdbLTP5外,其它基因均受盐胁迫诱导;PdbLTP1、PdbLTP2、PdbLTP3、和PdbLTP5受干旱胁迫诱导。PdbLTP基因家族成员在调控山新杨木质部发育和抵抗非生物胁迫中发挥作用。     

Comparative expression analysis of heavy metal ATPase subfamily genes between Cd-tolerant and Cd-sensitive turnip landraces

The heavy metal ATPase(HMA)subfamily is mainly involved in heavy metal(HM)tolerance and transport in plants,but an understanding of the definite roles and mechanisms of most HMA members are still limited.In the present study,we identified 14 candidate HMA genes named BrrHMAl—BrrHMA8 from the turnip genome and analyzed the phylogeny,gene structure,chromosome distribution,and conserved domains and motifs of HMAs in turnip(Brassica rapa var.rapa).According to our phylogenetic tree,the BrrHMAs are divided into a Zn/Cd/Co/Pb subclass and Cu/Ag subclass.The BrrHMA members show similar structural characteristics within subclasses.To explore the roles of BrrHMAs in turnip,we compared the gene sequences and expression patterns of the BrrHMA genes between a Cd-tolerant landrace and a Cd-sensitive landrace.Most BrrHMA genes showed similar spatial expression patterns in both Cd-tolerant and Cd-sensitive turnip landraces;some BrrHMA genes,however,were differentially expressed in specific tissue in Cd-tolerant and Cd-sensitive turnip.Specifically,BrrHMA genes in the Zn/Cd/Co/Pb subclass shared the same coding sequence but were differentially expressed in Cd-tolerant and Cd-sensitive turnip landraces under Cd stress.Our findings suggest that the stable expression and up-regulated expression of BrrHMA Zn/Cd/Co/Pb subclass genes under Cd stress may contribute to the higher Cd tolerance of turnip landraces.     

毛果杨CNGC家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

植物环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated channels,CNGC）家族具有多种生物学功能,尤其是在植物的生长发育及逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究通过生物信息学方法及qRT-PCR对PtrCNGC家族成员蛋白的基本理化性质与结构特征、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式作用元件,以及基因表达模式进行分析。结果表明：在毛果杨（Populus trichocarpa）全基因组中共鉴定出19个PtrCNGC基因,PtrCNGC家族成员可分为4个亚群（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ亚群）,其中第Ⅳ亚群分为2个亚组（Ⅳa组和Ⅳb组）。PtrCNGC基因编码的蛋白均为碱性蛋白,此外,该家族仅有1个成员为疏水性蛋白,其余成员全部为亲水性蛋白。19个PtrCNGC不均匀地分布于毛果杨的11条染色体上,剩余8条染色体上没有成员分布。PtrCNGC家族包含7对同源基因且它们之间的K_a/K_s值均远小于1。PtrCNGC家族各亚群成员之间的基因结构、蛋白保守基序分布差异较小。启动子顺式作用元件预测分析发现,PtrCNGC基因序列启动子区域存在响应多种激素以及逆境胁迫相关的作用元件。qRT-PCR结果表明,PtrCNGC家族在不同组织中的表达具有特异性,在茎中的表达量较高,在根和叶中的表达量较低;在盐胁迫和干旱胁迫下,PtrCNGC家族同一分支上的多数成员表现出相似的表达模式。本研究结果为进一步研究毛果杨CNGC家族在非生物胁迫中的功能提供参考。     

5个毛果杨PtrZFP基因的鉴定和表达分析

ZFP转录因子是植物中的一类具有指环结构域的转录因子。从毛果杨中鉴定出5条ZFP基因（命名为PtrZFP1-5）,对其特性和表达模式进行了分析,以期初步了解这些基因是否能对胁迫做出应答。对PtrZFP1-5基因进行生物学分析,进一步利用qRT-PCR技术分析NaCl、PEG₆₀₀₀和ABA胁迫处理后毛果杨根、茎和叶中5条基因的表达情况。PtrZFP1-5基因编码蛋白氨基酸残基数为258~338 aa,编码蛋白的分子量为27.7~37.3 kDa,理论等电点为4.87~8.61,5个基因不均等的分布在毛果杨基因组的3条染色体上。qRT-PCR结果显示,0.2 mol·L^-1 NaCl、15%（w/v）PEG6000和100 μmol·L^-1 ABA胁迫处理后,5个PtrZFP基因在毛果杨根、茎和叶中的表达模式明显不同。PtrZFP1基因在3种胁迫后毛果杨中均被明显的上调表达;PtrZFP2基因在盐、渗透和ABA胁迫处理后,叶中的表达都明显被抑制;PtrZFP3基因受到干旱胁迫时在根中的响应最为明显;而叶和茎中,表达量在大部分胁迫的大部分时间点无明显改变。PtrZFP4基因也能在根和茎中对干旱胁迫做出明显应答。PtrZFP5基因在经受盐和ABA胁迫后,在叶中的表达受到明显抑制。PtrZFP1-5这5个基因至少能在一种器官中对一种胁迫处理做出应答,但参与的胁迫应答类型和机制可能不同。     

甜菜谷胱甘肽S-转移酶基因家族鉴定及在镉胁迫下的响应分析

为了研究谷胱甘肽S-转移酶基因（GST）家族在甜菜（Beta vulgaris）中对其生长发育及受到非生物胁迫时的潜在功能,以甜菜BvGSTs家族为研究对象,对其理化性质、进化关系、顺式作用元件、染色体定位及在镉胁迫下的转录表达特性进行深入地分析。结果表明：甜菜基因组中共有52个BvGSTs基因家族成员,分布于7个亚家族中;它们的相对分子质量在17～28 kDa,理论等电点pI在5.16～6.77,大部分成员定位于细胞质。BvGSTs结构中共发现9个motif,其中motif 8为Phi亚家族所特有。30个BvGSTs分别位于8条甜菜染色体,存在4处串联重复。根据顺式作用元件分析,甜菜BvGSTs可参与多种生物与非生物胁迫响应。转录组学分析发现全部52个BvGSTs均不同程度的参与到甜菜对镉胁迫的应答过程。其中在地下部,大多数Tau亚家族成员的表达受到镉胁迫的正向调控;在地上部,Phi亚家族受镉胁迫的显著诱导,Tau亚家族的表达被抑制。qRT-PCR分析表明,4个差异表达显著的BvGSTs的转录受到了镉胁迫调控,并与转录组测序结果相符。上述结果为进一步对甜菜谷胱甘肽S-转移酶在镉胁迫过...     

毛果杨nsLTP基因家族全基因组水平鉴定及其表达特性分析

植物非特异性脂质转移蛋白（non-specific lipid transfer proteins,nsLTP）是一类多基因家族编码碱性蛋白,负责脂肪酸体外结和与膜之间的磷脂转移,在植物生长发育和逆境胁迫响应中扮演着重要角色。目前为止,尚无模式植物毛果杨（Populus trichocarpa）nsLTP家族的研究报导。本研究从全基因组水平对PtrnsLTP家族成员的基因数量、亲缘关系、基因结构、编码蛋白保守基序等特性进行了分析,结果表明：PtrnsLTP家族共由39个基因组成,进化成5个亚家族,其中A亚族含有6个基因、B亚族含有2个、C亚族含有13个、D亚族含有3个、E亚族含有15个。PtrnsLTP家族包含7对旁系同源基因,其中1对大于1,6对Ka/Ks均远小于1,且这6对基因均处于同一个大的进化分支上,进化压力的不同导致基因间的功能出现了分化,编码蛋白均含有Motif 1和 Motif 2保守基序。利用qRT-PCR技术并结合杨树转录组数据对PtrnsLTP的组织表达与盐胁迫响应特性研究发现：各家族成员在毛果杨根、茎和叶中均有表达且经qRT-PCR技术验证后与网站预测结果基本吻合,有11、15和13个成员分别在根、茎和叶中有较高的表达,表明该基因家族参与了杨树不同组织的生长发育;NaCl胁迫下,该家族39个基因中分别有26个成员在根部、14个成员在叶部表达量随着胁迫时间的增加而升高,而32个基因在茎部表现为先升高后降低的趋势。本研究结果对于PtrnsLTP家族基因生物学功能的鉴定与盐胁迫响应基因资源的工作有着积极的推动作用。