拟南芥AAP基因家族的生物信息学分析

氨基酸通透酶(amino acid permease,AAP)是一种跨膜转运蛋白,广泛参与氨基酸的吸收、转运。本研究采用生物信息学方法对拟南芥AAP基因家族8个成员(编号AtAAP1~At AAP8)进行染色体定位、蛋白质理化性质、亚细胞定位、三级结构、跨膜区、基因结构及调控元件等进行分析,为探索AAP基因在拟南芥氨基酸吸收转运中的作用及进一步研究AtAAP基因家族的功能提供理论依据。     

杨树基因组AMT转运蛋白的生物信息学特性

本研究中,通过隐马尔科夫模型(HMM)和杨树蛋白质库搜索,共找到17个杨树铵转运体蛋白(PtAMTs).利用生物信息学方法,我们对杨树家族17条AMT蛋白序列的系统发生和AMT基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构进行预测和分析,同时还分析了杨树与拟南芥、水稻、番茄、百脉根和欧洲油菜的AMT基因家族之间的联系.二级结构预测结果发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构组成部分.同源性比对分析表明,PtAMT基因家族主要分为2个亚家族,AMT1 (11个成员)和AMT2 (6个成员),基因结果分析表明AMT2亚家族成员不含内含子.杨树AMT蛋白的亚细胞定位分析表明PtAMT主要定位于膜结构上.电子表达图谱分析结果表明:只有XP_002309151和 XP_002334025基因有对应的EST序列,并有相应的电子表达谱,并主要在花蕾表达.     

高粱SUT基因家族的生物信息学分析

蔗糖转运蛋白(sucrose transporters,SUTs)属于跨膜转运蛋白,大多数参与蔗糖的吸收和转运。迄今为止,对高粱蔗糖转运蛋白知之甚少,为进一步研究高粱蔗糖转运蛋白家族(SbSUTs),本研究利用生物信息学方法对SbSUTs的6个成员(编号SbSUT1~SbSUT6)进行蛋白理化性质、基因结构、蛋白结构、同源性及系统进化树构建等分析。结果表明:SbSUTs是一种无信号肽、定位于质膜和叶绿体类囊膜上的疏水性膜蛋白;SbSUTs均具有GPH结构功能域,是高度保守的蛋白;α-螺旋和无规卷曲是主要的二级结构元件,其三级结构较为相似。本研究为探究SbSUTs蛋白家族在高粱的蔗糖吸收及转运中的功能提供理论依据。     

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。     

巨桉SuSy基因家族的生物信息学分析

为了解EgrSuSy基因家族的生物学功能,从巨桉(Eucalyptusgrandis)基因组数据库中筛选出18个SuSy基因家族成员(EgrSuSy1～EgrSuSy18),采用生物信息学方法对其基因特征与表达模式进行分析。结果表明,EgrSuSy基因分布在7条染色体上,EgrSuSy蛋白均定位在细胞质膜上,EgrSuSy家族成员均不具备信号肽。EgrSuSy蛋白质由α-螺旋、延伸链、无规则卷曲、β-转角组成。EgrSuSy蛋白与毛果杨(Populustrichocarpa)的SuSy蛋白亲缘关系相近。18个EgrSuSy基因在巨桉未成熟木质部、成熟叶片、韧皮部、茎尖、木质部以及幼叶组织中的表达模式不同。因此,EgrSuSy在巨桉不同组织和发育时期的功能可能存在差异。     

毛竹SWEET基因家族的全基因组鉴定与分析

糖外排转运蛋白(Sugars will eventually be exported transporters, SWEETs)在植物生理活动和发育过程中起重要作用。为探究SWEET基因家族在毛竹(Phyllostachys edulis)的生长发育过程中起的作用,基于毛竹基因组数据,通过生物信息学方法对SWEET基因家族成员进行鉴定,并对其编码的蛋白质理化性质、系统进化及共线性关系、基因结构、启动子元件及表达模式、蛋白互作网路分析、GO注释等进行细致分析。研究结果表明:该家族基因结构、基序和结构域相对保守,所有成员均含有MtN3_slv结构域。上游启动子序列中含有多个同非生物胁迫以及生长发育相关元件,结合转录组表达量分析显示,多个家族成员在毛竹不同组织器官均有表达。共线性分析揭示毛竹SWEET家族在演化过程中存在全基因组多倍化事件。蛋白互作网路分析挖掘出2个重要核心家族成员,GO注释分析进一步证实毛竹SWEET主要负责体内糖类物质的转运。以上结果为毛竹SWEET基因功能鉴定提供了重要参考,对于毛竹快速生长分子机制研究打下了基础。     

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。     

毛竹萜类合成酶基因家族序列鉴定与表达分析

通过生物信息学方法,对毛竹(Phyllostachys edulis(Carrière)J.Houzeau)TPS基因家族的成员进行鉴定,并对其编码蛋白的理化性质、基因结构、进化关系、蛋白结构、启动子元件及表达模式进行了分析。结果表明,毛竹全基因组含有14个TPS候选基因,大小为693~2439 bp。编码蛋白等电点为5.08~8.17。系统发育分析结果显示,毛竹含有TPS-a、TPS-b、TPS-e/f、和TPS-g 4个亚家族,成员数目分别为6、5、2、1个。TPS蛋白质二级结构中,α-螺旋和无规则卷曲所占比重较大;毛竹TPS基因家族各成员蛋白三维结构比较相似。基因启动子分析共获得50个调控元件,可分为6大类,其中光响应相关元件数量最多,共包含17个顺式调控元件。基于转录组测序数据构建的基因表达谱热图分析结果表明,Pe TPS在叶、花和笋等7个组织中的表达差异明显,表现出组织特异性,其中Pe TPS9仅在早花期花序中表达,Pe TPS8仅在叶中表达。     

葡萄基因组中KUP蛋白的生物信息学分析

植物钾(K+)转运体蛋白在K+的跨膜运输中起重要作用,进而维持植物体正常生长和代谢活动.本研究中,通过隐马尔科夫模型(HMM)和葡萄蛋白质库搜索,共找到18个葡萄钾转运体蛋白(VvKUPs).利用生物信息学方法,我们对葡萄家族12条KUP蛋白序列的系统发生和KUP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥、水稻和杨树的KUP基因家族之间的联系.基因组定位结果发现其分布在至少9条染色体上.二级结构预测结果发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构组成部分.基因结构分析表明,KUP基因家族成员分别含有7～10个内含子.葡萄KUP蛋白的亚细胞定位分析表明VvKUP主要定位于膜结构上.电子表达图谱分析结果表明:12条KUP基因有对应的EST序列,其中的11条KUP有相应的电子表达谱,并主要在花、果实、花序和花蕾等组织部位表达.     

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。     

黑曲霉TRK基因家族的全基因组鉴定与分析

TRK是一种与钾离子吸收转运相关的基因,在调节生物体生命活动方面起着重要的作用。本研究建立在黑曲霉(Aspergillus niger)基因组数据库基础上,利用生物信息学手段鉴定黑曲霉TRK基因家族成员,分析其基因结构特征和系统进化关系;并利用MEGA 6.06软件,采用最大似然法(MLT)构建系统发育树;使用PAL2NAL软件进行da/ds估算,利用GSDS 2.0软件进行基因结构分析,MEME程序进行Motif分析。在黑曲霉基因组中共鉴定TRK基因家族4个成员:An Trk1、An Trk2、An Trk3、An Trk4,发现均含有TRK特征结构域和保守的Motif基序,不同基因间结构差异较大,但聚类关系较近的基因其结构相似。黑曲霉中TRK基因家族成员在基因结构特征等方面与酵母存在着显著差异,亲缘关系和蛋白互作网络分析进一步验证了这个结论,因此推断黑曲霉中TRK基因还存在其他的调节途径,这个结论为进一步研究黑曲霉TRK渗透胁迫相关蛋白功能、作用机制提供理论依据,从而为了解黑曲霉的渗透调节机理奠定基础。     

木麻黄NHX基因家族的鉴定及盐胁迫下的表达分析

Na^(+)/H^(+)转运蛋白在植物的耐盐性和生长发育中起关键作用。该研究采用生物信息学方法对木麻黄(Casuarina equisetifolia L.)NHX基因家族成员进行全基因组鉴定和分析,并利用qRT-PCR技术检测NHX基因在盐胁迫下的表达,以探讨木麻黄NHX家族基因的生物学功能,为进一步研究盐胁迫机制以及挖掘其抗逆基因奠定理论基础。结果显示:(1)鉴定获得8个木麻黄NHX基因家族成员(CeqNHX1-8),系统进化树分析发现其可分为Endo、Vac和PM共3个亚家族,分别包含1、5和2个基因;编码氨基酸数为324~546个,分子量为34.87~60.27 kD,等电点在6.29~9.08之间,均为疏水蛋白。(2)基因结构和Motif分析发现,所有CeqNHXs基因的外显子数为2~17不等,且均具有保守的Na^(+)/H^(+)交换结构域;CeqNHX基因的蛋白质二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主。(3)木麻黄CeqNHX基因的启动子区含有大量非生物胁迫和激素响应元件,其中CeqNHX5启动子共含有13种共38个元件。(4)qRT-PCR分析表明,CeqNHX基因家族成员在木麻黄根、茎、枝和雄花序中均有不同程度的表达,且多数主要在小枝上表达;在200 mmol/L NaCl处理下,8个木麻黄CeqNHXs基因的表达量均有一定程度的上调。研究表明,木麻黄CeqNHXs基因家族可能参与多种激素和应激反应的调节,且CeqNHXs基因的表达对盐胁迫有显著的响应,推测CeqNHXs基因与木麻黄的耐盐性相关。     

基于转录组的甘蔗PPR基因家族的鉴定及表达分析

本研究基于甘蔗花叶病毒(sugarcane mosaic virus, SCMV)侵染甘蔗(Saccharum spp.)健康幼嫩叶部转录组数据,运用生物信息学方法在甘蔗基因组中鉴定了196个甘蔗三角状五肽重复蛋白(sugarcane penta-tricopeptide repeat protein, ScPPR)家族基因,并对该家族成员蛋白的基本理化信息、亚细胞定位、保守基序、系统进化树和转录组表达量等进行分析和RT-qPCR验证。分析结果表明,甘蔗中包含有196个ScPPR基因家族成员,其编码蛋白质含有52～1 293个氨基酸,分子量为5 897～144 174 kDa,理论等电点范围为4.70～10.54;对ScPPR家族成员亚细胞定位预测分析结果表明大多数成员定位于叶绿体和细胞核中;系统进化关系分析表明ScPPR基因家族分为GroupⅠ和GroupⅡ;对甘蔗转录组的基因表达分析表明ScPPR2、ScPPR48、ScPPR54、ScPPR58、ScPPR151、ScPPR165、ScPPR168、ScPPR184的基因表达量有显著差异。利用RT-qPCR实验进行验证,其中ScP...     

棘孢木霉糖苷水解酶3基因家族的生物信息学及表达模式分析

【背景】糖苷水解酶(glycoside hydrolase, GH) 3基因家族成员主要编码胞外β-葡萄糖苷酶,是纤维素降解中的关键酶。【目的】鉴定棘孢木霉GH3基因家族成员,探究其在纤维素降解过程中转录水平的表达模式。【方法】通过生物信息学方法对棘孢木霉GH3基因家族成员进行鉴定,对其基因结构、系统进化、蛋白理化性质、亚细胞定位及蛋白质三级结构进行分析,并采用荧光定量PCR技术对纤维素诱导下转录水平的表达模式进行综合分析。【结果】棘孢木霉基因组共鉴定到16个GH3基因家族成员,含有1-8个外显子,编码蛋白质长度为533-934个氨基酸,分子量为57.82-101.91 kDa,大多数为胞外蛋白。系统发育表明,该基因家族成员可分为4组,与里氏木霉的相似性较高。基因表达模式分析表明,纤维素诱导下,16个GH3基因均有表达,但不同成员在转录水平的表达存在差异。其中,1个基因呈组成型表达,2个基因表达下调,13个基因表达上调。棘孢木霉的胞外β-葡萄糖苷酶活力在纤维素诱导下明显提升,与GH3基因家族成员在转录水平的整体表达模式相一致。【结论】棘孢木霉基因组共包含16个GH3基因家族成员,而且多...     

建兰ABC基因家族鉴定及其在花发育过程中的表达模式分析

ABC基因家族编码一类定位于生物膜的转运蛋白,参与多种物质的转运,在植物生长发育和适应胁迫等生命活动中发挥重要作用。通过生物信息学方法对建兰ABC基因家族成员进行全基因鉴定,并基于转录组数据和实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)分析其在建兰花发育过程中的表达模式。结果表明,建兰基因组中共存在121个可分为8个亚族的ABC基因。所有的建兰ABC基因均具有至少1个保守的核苷酸结合结构域。建兰ABC基因家族成员不均匀分布于19条染色体上,2号和8号染色体上成员数目最多。串联重复事件是导致建兰ABC基因家族扩张的主要原因。建兰ABC基因启动子序列上存在多种环境和激素响应元件。CeABCB6、CeABCB30、CeABCG3、CeABCG54和CeABCI7基因的表达水平与建兰主要花香物质的释放量呈正相关。本研究为后续了解建兰ABC基因的功能奠定基础,并为建兰花香研究提供基因资源。     

甘蓝型油菜扩展蛋白家族的全基因组鉴定及其对缺硼胁迫响应的差异分析（英文）

以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)硼高效品种‘青油10号’和硼低效品种‘Westar 10’为研究对象,采用生物信息学分析、转录组测序和实时荧光定量PCR技术,鉴定其基因组中扩展蛋白的家族成员,并对该基因家族响应缺硼胁迫的表达差异进行分析。结果显示,甘蓝型油菜基因组中包含109个扩展蛋白,可分为4个亚家族,包括:79个扩展蛋白A(Bna EXPAs)、21个扩展蛋白B(Bna EXPBs)、5个类扩展蛋白A(Bna EXLAs)和4个类扩展蛋白B(Bna EXLBs)。同一亚家族中的扩展蛋白具有相对保守的基因结构和蛋白质基序组成。这些扩展蛋白基因分布在19条染色体上,其中10个位于硼高效QTL区间内。转录组测序分析结果表明,缺硼胁迫时‘青油10号’的根、幼叶和老叶中分别有40、18和30个扩展蛋白基因显著上调或下调表达;而‘Westar10’中分别有27、24和41个扩展蛋白基因显著上调或下调表达。其中‘青油10号’根中的Bna C04.EXPA6a,幼叶中的Bna A09.EXPA5以及老叶中的Bna A09.EXPA16、Bna C04.EXPA3、Bna Cnn.EXPA5b和Bna A03.EXPA8基因的表达水平均显著高于‘Westar10’。研究结果说明甘蓝型油菜基因组中扩展蛋白基因家族数量庞大,其中高、低效品种间和不同硼水平中差异表达的扩展蛋白可能在甘蓝型油菜低硼适应性中发挥重要作用。     

甘蓝型油菜扩展蛋白家族的全基因组鉴定及其对缺硼胁迫响应的差异分析

以甘蓝型油菜(Brassica napus L.)硼高效品种‘青油10号’和硼低效品种‘Westar 10’为研究对象,采用生物信息学分析、转录组测序和实时荧光定量PCR技术,鉴定其基因组中扩展蛋白的家族成员,并对该基因家族响应缺硼胁迫的表达差异进行分析。结果显示,甘蓝型油菜基因组中包含109个扩展蛋白,可分为4个亚家族,包括:79个扩展蛋白A(BnaEXPAs)、21个扩展蛋白B(BnaEXPBs)、5个类扩展蛋白A(BnaEXLAs)和4个类扩展蛋白B(BnaEXLBs)。同一亚家族中的扩展蛋白具有相对保守的基因结构和蛋白质基序组成。这些扩展蛋白基因分布在19条染色体上,其中10个位于硼高效QTL区间内。转录组测序分析结果表明,缺硼胁迫时‘青油10号’的根、幼叶和老叶中分别有40、18和30个扩展蛋白基因显著上调或下调表达;而‘Westar10’中分别有27、24和41个扩展蛋白基因显著上调或下调表达。其中‘青油10号’根中的BnaC04.EXPA6a,幼叶中的BnaA09.EXPA5以及老叶中的BnaA09.EXPA16、BnaC04.EXPA3、BnaCnn.EXPA5b和BnaA03.EXPA8基因的表达水平均显著高于‘Westar10’。研究结果说明甘蓝型油菜基因组中扩展蛋白基因家族数量庞大,其中高、低效品种间和不同硼水平中差异表达的扩展蛋白可能在甘蓝型油菜低硼适应性中发挥重要作用。     

水稻中过敏原蛋白全基因组预测及生物学功能分析

世界范围内过敏症状的流行趋势日益严峻,水稻作为单子叶模式植物和人类主要粮食作物,对水稻中致敏性物质的研究具有重要意义。但目前基于水稻全基因组水平预测和分析过敏原的研究尚缺少相关报道。本研究利用生物信息学方法在全基因组层面上,在水稻基因组数据库中和过敏原数据库中,共筛选和获得了657个过敏原基因/蛋白(属于109个蛋白家族),并进一步对这些候选的水稻过敏原基因/蛋白进行了表达模式、家族分类和功能预测分析;以及在进化上分析了水稻过敏原基因/蛋白家族成员的同源蛋白在低等到高等植物中分布情况,结果表明致敏性可能随着基因家族中成员的功能分化而变化;进一步结合水稻花粉和种子转录组芯片数据,细化分析和获得了148个水稻花粉过敏原和116个水稻种子过敏原,并在基因家族和功能分类上进行了对比分析。本研究结果初步明确了水稻过敏原基因/蛋白家族的进化特点、组织表达特性和生物学功能,为进一步研究水稻以及其他单子叶植物中的过敏原奠定了基础。     

菜豆ANK基因家族鉴定及ANK25的表达模式分析

锚蛋白重复序列模体是生物体内最普遍的蛋白质序列模体之一,在多种细胞活动中主要介导蛋白质-蛋白质的相互作用。本研究利用菜豆基因组数据库,通过生物信息学手段对菜豆ANK家族成员及分子生物学特性进行了鉴定。结果显示,菜豆基因组中含有30个ANK家族基因,分布于9条染色体上,其中第5条染色体上含有的ANK基因最多,包含13个基因。蛋白结构域分析发现,ANK25除了含有ANK结构域外还含有RING结构域。亚细胞定位结果显示,ANK25主要分布在细胞膜上。表达模式分析发现,ANK25对干旱、盐和ABA胁迫有响应。本研究为进一步研究菜豆ANK的分类及功能提供了有利的依据。     

人Transgelin蛋白家族生物信息学分析

本研究通过对人Transgelin蛋白家族(Transgelins)3位成员(Transgelin,-2,-3)的生物信息学预测分析,显示Transgelin和-2等电点分别为8.87和8.41,Transgelin-3等电点为6.84,3位成员均为非分泌型蛋白,且极有可能是跨膜型蛋白.蛋白质稳定性分析结果显示,除Tr...