陆地棉蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及表达分析

蔗糖转运蛋白(SUT)在蔗糖从“源”到“库”的运输与分配过程中发挥着重要作用。该研究基于最新公布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学和荧光定量PCR等方法,对陆地棉SUT基因家族进行全基因组鉴定,并对他们的表达特性进行系统分析。结果显示：(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到18个GhSUT基因(GhSUT1 GhSUT18),他们不均匀地分布在陆地棉11条染色体上。(2)GhSUT蛋白间序列一致性很高,均具有11～12个跨膜结构域,且都定位于质膜。(3)进化关系分析表明,陆地棉GhSUT蛋白主要分布在双子叶植物特有的SUT1亚组,以及单、双子叶植物共有的SUT2亚组和SUT4亚组,其中SUT1亚组成员最多,包含8个GhSUT基因。(4)位于同一亚组的GhSUT基因具有相似的内含子 外显子分布模式,不同亚组间GhSUT基因内含子/外显子数目差异很大。(5)转录组分析表明,GhSUT基因在表达水平上存在差异,GhSUT1和GhSUT10在被检测的组织不表达,GhSUT5、GhSUT14、GhSUT7和GhSUT16在被检测的组织表达量较低,其他GhSUT基因在被检测的组织具有较高的表达水平;另外,GhSUT基因的表达具有组织特异性,其中GhSUT2和GhSUT11主要在“源”和“库”器官中表达,GhSUT6和GhSUT15主要在“库”器官中表达,而GhSUT9和GhSUT18主要在纤维中表达。(6)荧光定量PCR分析表明,GhSUT2在“源”和“库”器官中均具有较高的表达水平,GhSUT6主要在“库”器官包括根、花瓣、纤维和茎中表达,在“源”器官(叶片)中表达量很低;GhSUT18主要在纤维中特异性高表达,在其他组织表达量很低。研究表明,实验验证结果与转录组分析结果相对一致。该研究结果为进一步研究SUT家族基因的功能提供了重要的基因信息,并为棉花产量的提高和纤维品质的改良奠定了理论依据。     

西洋梨水孔蛋白基因家族的全基因组鉴定及表达分析

水孔蛋白(AQPs,aquaporins)是高效转运水分子的膜内在蛋白,具有丰富的多样性,在调控植物的水分关系中有重要作用。本研究利用西洋梨(Pyrus communis L.‘Bartlett’)基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定西洋梨PcAQPs基因家族成员;并利用MEGA 6.0.5软件,采用邻接法构建系统发育树;利用GSDS 2.0软件进行基因结构分析,MEME程序进行Motif分析,AgBase v2.00程序进行GO分析;采用半定量RT-PCR技术研究PcAQPs基因组织表达情况。结果表明,西洋梨基因组中共有54个PcAQPs家族成员,均含有AQP特征结构域和保守的Motif基序,根据基因结构及系统进化分析可分为PIP、TIP、NIP和SIP等4个亚家族。不同基因间结构差别较大,但聚类关系较近的基因其结构类似。GO分析发现,多数PcAQPs基因具有转运蛋白活性,参与物质转运、应激反应、发育和代谢等生物学过程,但不同亚家族成员构成的细胞组分及参与的生物学过程具有明显差异。半定量结果表明,大多数PcAQPs基因在根、茎、叶和果实中均有表达,而且不同基因家族、不同基因间的组织表达模式存在差异。该研究为今后西洋梨PcAQPs基因的克隆和功能分析奠定了基础。     

陆地棉GST基因家族全基因组分析

谷胱甘肽转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一种普遍存在的具有多功能的超家族蛋白,在植物初次生代谢、逆境胁迫、胞间信号传递等方面具有重要作用;同时,作为配体其在植物激素代谢以及物质转运方面也发挥作用。为了解析陆地棉(Gossypium hirsutum L.) GST基因家族的信息,本研究对该基因家族成员的种类、进化关系、物理定位、基因结构和保守基序以及表达模式进行了分析。结果显示,在陆地棉全基因组中共含有70个GST基因,进化树和基因结构分析将该家族分为U族、F族、T族、Z族、EF1Bγ族和TCHQD族。基因定位分析发现,除了AD/At2、AD/At4、AD/At5、AD/Dt5、AD/Dt10号染色体上没有GST基因外,其他染色体上都有GST基因,并且在AD/At9、AD/Dt7、AD/Dt12、AD/Dt13这4条染色体上出现基因簇。对F族(Phi类) 9个GST基因进行荧光定量分析,结果表明,除GhGSTF1可能为假基因外,GhGSTF2~9等8个基因在陆地棉根、茎、叶以及各个发育时期的纤维中均有表达;结合生物信息学分析,推测GhGSTF8可能参与原花青素/花青素的转运和积累;GhGSTF4、GhGSTF6和GhGSTF9可能在调节陆地棉的生长和胁迫反应中起作用,而GhGSTF2、GhGSTF3、GhGSTF5和GhGSTF7的功能还有待进一步研究。本研究为陆地棉GST基因家族的分子进化及功能研究提供了理论依据。     

马铃薯bHLH转录因子家族全基因组鉴定与表达分析

对马铃薯bHLH转录因子进行全基因组鉴定与表达模式分析,为其生物学功能研究提供借鉴.基于马铃薯基因组数据库和Pfam数据库,运用HMMER对马铃薯bHLH家族成员进行全基因组鉴定,剔除冗余序列后,利用ExPASy和MEME软件对候选序列进行基本理化性质及保守元件分析,并使用MEGA-X软件进行聚类分析;用MG2C和TB...     

油桐NPR1家族全基因组鉴定及表达模式分析

本研究利用油桐(Vernicia fordii)基因组数据鉴定出3个NPR1家族成员,并将其命名为VfNPR1、VfNPR3、VfNPR5.通过生物信息学分析方法,分析了其理化性质、亚细胞定位、染色体分布、保守结构域、基因结构及启动子顺势作用元件等,研究了大戟科5个物种及拟南芥NPR1家族成员的进化关系,并利用转录组测...     

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。     

葡萄OPR基因家族全基因组鉴定及重金属胁迫下的表达分析

12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase,OPR)是十八烷碳烯酸代谢途径中的一个关键酶,控制茉莉酸合成的最后步骤.本研究从葡萄(Vitis vinifera L)基因组中鉴定了9个OPR家族成员基因,分别命名为VvOPR1～VvOPR9.利用生物信息学和分子生物学...     

一个陆地棉bZIP蛋白cDNA的克隆及表达分析

利用PCR筛选方法从陆地棉纤维cDNA文库中筛选到一个全长cDNA序列,命名为GhbZIP。其编码产物长度为645个氨基酸残基,序列中含有两个未知功能的保守区域DUF630和DUF632,而DUF632区中有一个类似碱性亮氨酸拉链基元;此外氨基酸序列中还存在一个富脯氨酸区和一个富苯丙氨酸区,因此该蛋白具有植物碱性亮氨酸拉链蛋白的结构特征。亲水性分析表明,GhbZIP为一个典型的膜蛋白。GhbZIP基因主要是在开花3d之后在胚珠和纤维细胞中表达,这表明该基因可能与棉纤维伸长过程中的基因表达调控有关。     

茶树CPP转录因子家族的全基因组鉴定及分析

CPP(cysteine-rich polycomb-like protein)转录因子广泛存在于动植物中,是一类成员数目较少的转录因子家族,在调控植物生长发育和响应非生物胁迫中起重要作用。该研究通过对茶树基因组系统的鉴定,获得10个CsCPP转录因子均具有典型的CXC结构域。系统发育分析将CsCPP家族成员分为4类(A^D),且大部分成员与葡萄在进化关系上更为接近。A类和C类成员的CXC结构域分布在蛋白序列的N端,而B类和D类成员分布在C端。茶树组织表达分析表明,CsCPP转录因子在生长活跃的顶芽和嫩叶中普遍高表达,不同组织的表达水平排序为:顶芽和嫩叶>根和茎>成熟叶和果>老叶和花。启动子分析发现了CsCPP家族成员的启动子区域存在大量的ABA和干旱响应元件;干旱处理下,6个CsCPP成员的表达水平均有不同程度上调,其中4个成员在ABA处理后表达迅速上调,表明CsCPP转录因子可能在ABA介导的干旱胁迫响应中起正调控作用;低温处理下,大部分CsCPP成员的表达均有轻微下调,而CsCPP 2和CsCPP 6的表达水平在6 h达到顶峰,表达量均超过2倍。研究结果为进一步发掘茶树CPP转录因子家族的功能奠定了基础。     

金鱼ABC转运蛋白基因家族成员鉴定及分析

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)基因家族在原核生物和真核生物中广泛存在,该家族蛋白能够利用ATP裂解产生的能量将多种底物转运到膜上,参与多种生物过程,如营养摄入、细胞解毒、脂质稳态、信号转导、病毒防御以及抗原呈递等。目前,鱼类中,只在斑马鱼、斑点叉尾鮰和鲤鱼等少数鱼类中对该基因家族进行了系统的研究,关于金鱼ABC转运蛋白基因家族的详细分析,未见报道。本研究中,我们利用三代结合二代测序技术构建的金鱼转录组参考基因集数据,鉴定出55个ABC转运蛋白基因,通过系统进化分析将它们分为8个亚家族(A^H)。即金鱼ABC转运蛋白基因是由10个ABCA、14个ABCB、13个ABCC、5个ABCD、1个ABCE、4个ABCF、7个ABCG和1个ABCH组成。同时,我们将金鱼与斑马鱼、斑点叉尾鮰和鲤鱼等物种ABC转运蛋白基因家族成员的数目进行比较分析,推测硬骨鱼类特异的第3次全基因复制(3R-WGD)和谱系特异的第4次全基因组复制(4R-WGD)对金鱼该基因家族成员数目的影响。本研究结果为金鱼ABC转运蛋白基因功能的研究提供了理论依据。     

毛竹GRF转录因子家族的全基因组鉴定与分析

利用生物信息学方法,于毛竹(Phyllostachys edulis (Carr.) Lehaie)全基因组中鉴定获得18个GRF转录因子,并对其理化特性、保守结构域、系统发育关系、mi R396靶位点以及基因表达模式进行了分析。结果表明,18个Pe GRF蛋白长度为170～551 aa,分子量为18.5～58.8 k D;这些Pe GRF蛋白均具有QLQ和WRC结构域,部分Pe GRF含有FFD和TQL保守结构域。对毛竹、拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh)和水稻(Oryza sativa L.)的系统进化分析结果显示,毛竹18个GRF可分为3个亚类,且单子叶植物毛竹和水稻的GRF转录因子亲缘关系更近。mi R396靶位点预测分析结果发现,在13个Pe GRF基因序列的编码区存在毛竹mi R396结合位点; Pe GRF基因表达模式分析结果显示,Pe GRF主要在毛竹的竹笋中表达。     

油棕WRKY转录因子的全基因组鉴定与分析

该研究从NCBI网站下载油棕全基因组序列信息,从The Arabidopsis Information Resource(TAIR)数据库中下载得到拟南芥WRKY转录因子序列,并在油棕基因组数据库中进行BLAST同源序列比对分析,通过NCBI在线工具CDD和PFAM数据库进行蛋白结构与分析,剔除无WRKY结构域的系列,利用生物信息学方法对油棕WRKY转录因子进行分析及功能预测。结果表明:(1)从油棕基因组数据库中发掘WRKY转录因子95个,该WRKY转录因子蛋白质所编码氨基酸大小为116～1 303 bp,95个均为亲水性蛋白,总体为不稳定蛋白(EgWRKY25和EgWRKY56除外),60个蛋白以α-螺旋为主要二级结构元件,35个以无规卷曲为主要二级结构元件。(2)保守结构域系统进化树结果表明,油棕WRKY转录因子家族蛋白主要分为三大类,即I、Ⅱ和Ⅲ类,其中I类分为I C、I N亚类,Ⅱ类分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc和Ⅱd亚类。(3)内含子和外显子结构显示,EgWRKY基因结构进化高度保守。以上结果为油棕WRKY转录因子的挖掘、功能分析及分子生物学研究奠定了基础,同时为分子育种和遗传改良提供...     

拟南芥泛素家族的全基因组分析

泛素家族是一类含有保守性泛素结构域的蛋白质统称,主要通过ATP依赖性的泛素-蛋白水解酶复合体通路选择性降解细胞蛋白的各种生理活动。本研究基于HMM模型,已知泛素氨基酸序列作为训练集,搜索拟南芥信息资源数据库并鉴定AtUBQ家族成员,然后对这些基因编码的蛋白质序列进行基因结构分析、染色体定位、多序列联配、系统发育树构建和组织差异表达分析。结果表明,AtUBQ家族中共有13个推定的AtUBQ基因,命名为AtUBQ01~AtUBQ13,均属无内含子基因且结构基本相同,非均匀分布于拟南芥5条染色体;AtUBQ家族可划分为A、B和C3个亚家族,其中76.92%的基因编码蛋白质属于A亚家族;EST搜索发现除AtUBQ02和AtUBQ07基因无EST数据支持外,余下的AtUBQ基因在拟南芥根、芽和叶等7个组织中呈现差异表达,仅见AtUBQ08和AtUBQ10基因在上述7个组织中均表达,而AtUBQ03基因仅表达于叶中。本研究结果可为进一步开展该家族的生物学功能和分子进化机制的研究提供基础资料。     

茶树4CL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)是茶树苯丙烷代谢途径的核心酶,是类黄酮和木质素生物合成的关键酶,对茶树抗胁迫及茶叶品质形成有重要作用。研究通过生物信息学分析,从‘黄棪’和‘铁观音’茶树中分别鉴定出8个和9个4CL基因家族成员,命名为HD-Cs4CL1～8和TGY-Cs4CL1～9。系统发育分析将其分为A和B两组,A组中第Ⅰ亚家族的HD-Cs4CL3、HD-Cs4CL7、TGY-Cs4CL2和第Ⅱ亚家族的HD-Cs4CL2、TGY-Cs4CL5可能分别参与木质素和类黄酮合成。启动子顺式元件分析表明4CL基因中存在大量与植物发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用元件。不同组织转录组数据分析表明,Cs4CL基因在茶树特定发育时期具有重要作用。实时荧光定量检测表明,HD-Cs4CL6和HD-Cs4CL8在GA、MeJA、ABA、低温和干旱处理下表达量均显著上调;HD-Cs4CL7在ABA处理和干旱处理下表达量上调,HD-Cs4CL2和HD-Cs4CL3在ABA处理下表达量上调。研究为进一步探究茶树4CL基因家族参与响应多种环境的生物学机制提供参考。     

番茄热激蛋白90的全基因组鉴定及分析

热激蛋白90(Heat shock protein 90,Hsp90)是植物应对不良环境胁迫产生的一类特定的抗逆蛋白。文章以番茄(Solanum lycopersicum L.)基因组数据为平台,借助生物信息学方法对Hsp90基因家族进行鉴定与分析。结果表明,番茄至少含有7个Hsp90基因,不均匀分布在6条染色体上,氨基酸序列长度为267~794aa,内含子数目为2~19;共线性分析发现两对基因(Hsp90-1和Hsp90-3,Hsp90-5和Hsp90-7)以片段重复形式存在。MEME(Multiple Em for Motif Elicitation)分析显示,番茄Hsp90基因编码的氨基酸序列具有多个保守基序;聚类分析揭示番茄、水稻(Oryza sativa L.)和拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)Hsp90基因可以分为5组,存在3对直系同源基因和4对旁系同源基因;基于RNA-seq数据库表达分析发现,3个基因(Hsp90-5、Hsp90-6和Hsp90-7)在营养器官和生殖器官中表达量较高,4个基因(Hsp90-1、Hsp90-2、Hsp90-3和Hsp90-4)除在番茄转色后10 d的果实中表达量较高外,其余组织中表达量均较低;对Hsp90基因启动子序列进行分析,发现了多个参与植物对逆境胁迫的顺式作用元件,如HSE、CCAAT-box。此外,qRT-PCR检测结果表明,在叶片热胁迫条件下,番茄Hsp90基因的表达量均存在增强趋势,表明这些基因参与了番茄叶片应对高温胁迫的反应。研究结果为鉴定番茄Hsp90基因的功能和进化起源奠定了基础。     

三浅裂野牵牛MADS-box基因家族全基因组鉴定与组织特异性表达分析

在甘薯近缘种三浅裂野牵牛(Ipomoea trifida)全基因组水平上对MADS-box基因家族进行鉴定和分析,结果表明,在三浅裂野牵牛基因组中,共鉴定到38个MADS-box(ItfMADS)成员.根据理化性质分析,各成员的氨基酸数目差异很大,有26个成员显碱性.亚细胞定位表明,在这些成员中有32个定位于细胞核.系...     

大豆蔗糖合成酶家族成员的全基因组鉴定及表达分析

该研究基于已公布的大豆基因组序列,旨在对大豆蔗糖合成酶(SUS)家族成员进行全基因组鉴定及表达分析,以探讨大豆SUS家族基因的生物学功能,为GmSUS基因的利用及大豆高产育种奠定理论基础。结果表明:(1)在大豆基因组中共鉴定到12个蔗糖合成酶基因(GmSUS1~GmSUS12)。(2)GmSUS蛋白之间序列一致性很高,均具有植物SUS家族蛋白特有的蔗糖合成结构域和糖基转移结构域;除GmSUS5外,其他GmSUS蛋白N端均具有一个保守的丝氨酸(Ser)磷酸化位点。(3)系统进化分析显示,GmSUS蛋白主要聚为3组(SUSⅠ~SUSⅢ),且位于同1组的GmSUS基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式。(4)12个GmSUS基因不均匀地分布在大豆的10条染色体上,片段复制可能导致了GmSUS基因在大豆基因组中的扩增。(5)表达特性分析表明,大豆SUS家族成员具有不同的组织表达模式,GmSUS8在大豆种子中表达量很高,GmSUS1、GmSUS7和GmSUS5在大豆根瘤中表达量很高,GmSUS3、GmSUS11和GmSUS12在所有被检测的组织均具有较高的表达。     

白桦Trihelix家族全基因组鉴定及抗病表达模式分析北大核心CSCD

Trihelix家族是植物中特有的一类转录因子家族,在植物生长发育、抗逆反应中具有重要的调控作用。该研究基于白桦基因组数据库,对白桦Trihelix家族基因的表达特性以及抗病功能等进行分析,为Trihelix家族成员在白桦抗病过程中的功能研究奠定基础。结果显示:(1)共筛选到白桦8个Trihelix家族成员(BpTrihelix1~BpTrihelix8),分布在6条染色体上;氨基酸分子量在35 633.96~81 871.27 Da之间,等电点在5.32~8.67之间,均为疏水性氨基酸。(2)组织特异性表达分析表明,8个家族成员在白桦根、茎、叶中均有不同程度的表达,且BpTrihelix3在根、茎、叶中的表达量均最高。(3)病原菌侵染试验结果发现,链格孢霉菌(Alternaria alternata)感染白桦植株叶片48 h和立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)感染白桦幼苗根部24 h时,BpTrihelix3、BpTrihelix4和BpTrihelix7均显著上调,其余家族基因表达量无明显变化,说明该家族基因成员中的BpTrihelix3、BpTrihelix4和BpTrihelix7响应了病原菌的感染,推测三者在白桦抗病过程中可能发挥重要作用。     

薰衣草DXS基因家族的全基因组鉴定和表达分析

脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase, DXS)是植物萜类生物合成甲基苏糖醇磷酸(methylerythritol phosphate, MEP)途径的第一个关键酶,在薰衣草(Lavandula angustifolia)萜类物质的生物合成中起重要作用。本研究中,通过薰衣草全基因组序列分析发现了DXS家族(命名为LaDXS)的22个成员,处于4个进化分支中。多数LaDXS是以α-螺旋和无规则卷曲为主的稳定性蛋白,其氨基酸数量在143～848,分子量为15.6～91.4 kDa,没有明显的信号肽和跨膜结构域,其中72%的成员定位于叶绿体。基因表达分析结果显示LaDXS在薰衣草不同组织中具有差异表达,La23G00913和La07G01277在除花瓣以外的各组织中的表达量显著;La11G00786、La17G01254和La22G01334在花蕾及花萼中的表达量最高,这可能与薰衣草精油中萜类合成密切相关。启动子分析结果显示它们受光强度、茉莉酸甲酯以及脱落酸等多种因素调节。RT-qPCR分析确认La11G00786、...