叶绿体分裂蛋白PDV2表达和纯化

叶绿体是植物光合作用的重要场所。PLASTID DIVISION2(PDV2)是叶绿体外膜上调控叶绿体分裂的关键蛋白之一。PDV2的N末端较大伸向细胞质,C末端较小伸向膜间隙,探索叶绿体分裂蛋白PDV2-213(N末端213氨基酸残基)胞质侧结构域可溶性表达获得高纯度的蛋白质,为叶绿体分裂过程中其结构与功能的研究提供依据。通过pET表达载体的构建,优化原核表达条件,实现PDV2-213蛋白的可溶性表达;运用镍柱亲和层析和分子排阻层析的方法,对目的蛋白进行分离纯化。本研究可溶性表达了PDV2-213胞质侧结构域蛋白质,通过表达条件和镍柱亲和层析的优化,降低杂蛋白对PDV2-213蛋白质纯化过程的影响,获得高纯度的蛋白质。PDV2-213胞质侧结构域的高效可溶性表达和纯化,为叶绿体分裂过程中其结构与功能的研究提供依据。     

玉米C4型NADP—ME的生物信息学分析

利用生物信息学软件对GeneBank上注册的玉米C4型NADP-ME进行氨基酸组成、功能域、二级结构、疏水性、导肽、亚细胞定位、蛋白质功能及系统进化分析和预测.结果表明,NADP-ME蛋白是等电点为6.09的亲水性不稳定蛋白,包含一个结合NAD(P)的结构域和一个N-末端区域,属于裂解酶类,具有能量代谢的功能,定位于叶绿体中;α螺旋和不规则卷曲是其蛋白质二级结构的主要结构元件,β折叠和伸展链散布其中;玉米C4型NADP-ME与高粱、水稻等植物的NADP-ME基因有较高的同源性.     

梅花草属叶绿体基因组进化分析

叶绿体基因组序列变异和基因组成等特征可有效反映植物类群间的系统发育和进化关系。本研究利用Illumina高通量测序平台对梅花草属（Parnassia）及其近缘属5种植物的叶绿体基因组进行测序和组装,同时基于已发表的近缘种叶绿体基因组信息,对梅花草属叶绿体基因组结构特征、序列遗传变异和蛋白编码基因密码子偏好性比对分析。结果显示：梅花草属叶绿体基因组整体结构较为保守,均为四分体结构;梅花草多个基因出现假基因化,而本属其他物种叶绿体基因组成一致,均编码115个基因;与近缘属物种相比,本属所有物种均丢失rpl16基因的内含子;蛋白质编码基因的非同义/同义替代率比值较低,叶绿体基因可能经历纯化选择作用;密码子偏好性聚类结果与蛋白编码序列重建的系统发育关系结果一致。本研究表明选择压力可能在梅花草属叶绿体基因组蛋白编码基因进化过程中发挥作用,有助于进一步理解梅花草属植物的进化和适应机制。     

栀子类胡萝卜素剪切双加氧酶基因GjCCD4的克隆与原核表达

[目的]类胡萝卜素剪切双加氧酶(Carotenoid cleavage oxygenase,CCD)是西红花总苷生物合成途径的关键酶,本研究拟从栀子果实中克隆CCD基因。[方法]在NCBI数据库中搜索CCD蛋白,获得种子序列后,构建系统进化树,按照亲缘关系分组。再利用CODEHOP法,针对每个组设计简并引物,在栀子果皮和果肉c DNA中扩增,获得保守区段。然后通过RACE获得基因全长。构建pet28a原核表达载体,转化BL21(DE3)菌株后在30℃培养4 h,转化菌株Aritic Expression(DE3)后在15℃培养过夜,诱导蛋白表达。[结果]克隆了一个GjCCD4基因,长1 863 bp,编码的蛋白质N端序列变动较大,C端保守性强,N-末端含有一个叶绿体定位的信号肽。系统发育分析表明,GjCCD4蛋白与拟南芥和西红花的同源蛋白聚在同一个簇。在BL21(DE3)和AE(DE3)菌株的沉淀中表达出大量包涵体形式的融合蛋白,在BL21(DE3)菌株的上清中表达出少量可溶蛋白。[结论]获得了一个类胡萝卜素剪切双加氧酶基因GjCCD4,通过原核表达获得了少量可溶蛋白。     

NAC家族生物信息学分析

目的:探讨NAC基因结构和分布特点,了解NAC基因之间的进化关系。方法:从NCBI下载获得目标序列,通过染色体定位、比对、拼接得到新的mRNA,翻译为蛋白质,得到保守基序,再比对,绘制系统发育树进行分析。结果:生物信息学分析发现NAC家族基因在5个物种的基因组中都有分布;大多数NAC基因都有3个以上的外显子,绝大多数NAC基因仅1个NAM结构域,大多数NAM结构域都具有两端的保守基序,大多数NAM结构域位于2个相邻外显子上;NAC蛋白在单、双子叶植物分化上已有功能上的分歧。结论:NAC家族基因分布广,结构多为3个外显子,1个拥有两端保守基序的NAM结构域位于2个相邻外显子上。该研究为鉴定并获得NAC全长序列奠定了基础。     

大头蛙4个Dmrt基因DM保守区的序列分析

Dm rt基因家族是新近发现的一个与性别决定相关的基因家族。该家族成员编码的蛋白质都含有一个具有DNA结合能力的保守基序?DM结构域,在性别决定和分化发育的调控中担负重要的功能。采用简并PCR技术扩增了大头蛙Dm rt基因的DM结构域,经序列分析,获得了Dm rt基因家族的4个成员LfDm rt1a,LfDm-rt1b,LfDm rt3,LfDm rt5。与其它动物相关的Dm rt基因进行氨基酸序列聚类分析,结果表明,不同进化地位动物的Dm rt基因DM域编码序列存在高度的同源性,显示Dm rt基因在系统进化上高度保守,序列上的相似性可能暗示它们在功能上的保守性。     

拟南芥和水稻SET结构域基因家族全基因组鉴定、分类和表达

ET(Su(var), Enhancer of zeste (E(z)), and Trithorax)结构域基因家族是一组含有保守SET结构域的蛋白的统称, 它们参与蛋白甲基化, 影响染色体结构, 并且调控基因表达, 在植物发育中起着重要的作用。分析拟南芥和水稻中SET结构域基因家族进化关系, 对研究这一基因家族中各成员的功能有着重要的意义。我们系统地鉴定了47个拟南芥(Arabidopsis thaliana)和43个水稻(Orysa sativa japonica cultivar Nipponbare)的SET结构域基因, 染色体定位和基因复制分析表明SET结构域基因扩增是由片段复制和反转录引起的, 根据这些结构域差异和系统发育分析把拟南芥和水稻的SET结构域基因划分成5个亚家族。通过分析SET结构域基因家族在拟南芥和水稻各个发育阶段的表达谱, 发现SET结构域基因绝大部分至少在一个组织中表达; 大部分在花和花粉中高表达; 一些SET结构域基因在某些组织中有特异的表达模式, 表明与组织发育有密切的关系。在拟南芥和水稻中分别找到了4个差异表达基因。拟南芥4个差异基因都在花粉管高表达, 水稻4个差异基因有3个在雄性花蕊中高表达, 另一个在幼穗中高表达。     

辣椒疫霉MAPK基因家族的鉴定及生物信息学分析

[目的]筛选鉴定辣椒疫霉MAPK基因家族的成员,探讨其基因结构、功能域分布和进化关系。[方法]以辣椒疫霉基因组数据库为平台,搜索MAPK家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构、蛋白功能域及系统进化进行分析。[结果]辣椒疫霉MAPK家族包含16个基因,且在基因组中随机分布,每个基因都含有高度保守的激酶结构域;其中5个不含内含子,4个为非典型磷酸化唇序列,3个含有PH、WW、EF-H等与细胞信号转导相关的功能域;在进化关系上,辣椒疫霉MAPK较真菌相对独立。[结论]首次对辣椒疫霉MAPK基因家族进行鉴定和生物信息学分析,该家族共有16个成员,含有激酶结构域、磷酸化唇序列及信号转导相关蛋白功能域,进化上独立于真菌。     

脊椎动物Sox基因家族的系统发生分析

脊椎动物Sox基因是一类高度保守的基因家族,它们编码一类转录因子,参与多种发育过程的调控,这个家族的共有特征是Sox蛋白具有一个约79个氨基酸,可与DNA特异结合的HMG盒区,该基因家族成员众多复杂,对它们的基因结构,功能及进化关系的研究有助于对该基因家族的全面认识,利用已克隆的全部脊椎动物全长核苷酸／蛋白质数据,对这些数据进行序列比对及进化树的构建,分析Sox基因家族成员的分类及分子进化模式。     

脊椎动物FoxO基因亚族的进化

本研究以脊椎动物FoxO作为研究对象,选取NCBI上公布的多个FoxO基因编码蛋白的核苷酸序列,重点分析Fox O蛋白质结构和功能的相似性与差异性,重建FoxO基因的系统发育树并进行选择压力分析,对FoxO基因亚族的起源和进化进行研究分析。结果显示:脊椎动物FoxO蛋白间Forhead结构域十分保守但核定位信号区结构差异较明显,尤其是FoxO6蛋白,并且多个磷酸化位点在哺乳动物FoxO6中缺失,削弱核输出信号,但在斑马鱼和原鸡的FoxO6中未缺失这些位点,推测其胞质定位调控作用仍十分重要。FoxO3中多个磷酸化位点可能与寿命延长作用相关。系统发育树表明FoxO1是FoxO基因的祖先基因,不同FoxO基因进化速率不同。选择压力分析结果显示FoxO基因过程每个位点经历不同的选择压,并且获得25个正选择位点,这些正选择位点可能对FoxO不同基因的形成和新功能的产生中具有十分重要的作用。     

蜜蜂王浆主蛋白（MRJPs）基因家族结构与功能概述

王浆主蛋白（Major royal jelly proteins,MRJPs）是王浆中的水溶性蛋白,为王浆蛋白的主要组分。因结构与功能的相似性,各王浆蛋白编码基因构成一个基因家族。目前该基因家族已鉴定出9个成员,依次命名为mrjp 1~9。该家族为单系群,拥有共同的祖先—yellow-e3,各成员之间具有较高的同源性。随着进化的进行,该家族逐步进化出营养及其它多种生物学功能。本文从该基因家族成员的鉴定、基因和蛋白质的结构特征、进化、功能以及其表达调控等多个方面进行综述,以期为相关的研究和应用提供帮助。     

小立碗藓叶绿体分裂相关基因PpMinE的克隆及其功能与进化分析

用RT-PCR技术从小立碗藓中(Physcomitrella patens)克隆了核编码的MinE基因,命名为PpMinE,并克隆了该基因的基因组DNA。序列比对显示该基因编码的蛋白质与真细菌和绿藻叶绿体编码的MinE蛋白具有较高的相似性。pMinE-EGFP融合蛋白在烟草中的瞬时表达证明该蛋白定位于叶绿体内。在大肠杆菌中过量表达PpMinE导致细胞不正常分裂,产生无染色体的小细胞,这表明MinE的功能在进化上是保守的。在系统发育树中,PpMinE和高等陆生植物有较近的亲缘关系。在已知的陆生植物的叶绿体基因组中没有找到MinE的同源蛋白,这暗示在进化过程中MinE从叶绿体到细胞核的水平转移可能发生在陆生植物发生以前。     

植物抗病基因结构、功能及其进化机制研究进展

植物与病原菌在长期的共进化和相互选择的过程中,逐渐形成了组织障碍、非寄主抗性和小种专化抗性等有效的防御机制。小种专化抗性(基因对基因抗性)主要是由植物抗病基因识别相应的病原菌无毒基因并激活植物体内抗病信号进而抵御病原菌的侵染。从目前已克隆的 70 多个抗病基因来看,它们在结构上具有高度保守性,主要包括核苷酸结合位点(NBS),亮氨酸重复结构(LRR), 蛋白激酶结构域(PK), 果蝇蛋白 Toll 和哺乳动物蛋白质白细胞介素 1 受体[interleukin(IL)-1 receptor]类似结构域(TIR), 双螺旋结构(CC)或亮氨酸拉链(LZ)和跨膜结构域(TM)等,其在抗病基因与病原菌无毒(效应)蛋白互作以及植物内部免疫信号传导中起着重要的作用。同时,抗病基因又通过基因复制、遗传重组等进化机制形成多基因家族,为植物抗病的专化性和多样性提供了重要的遗传基础。本文主要讨论了近来已克隆抗病基因的结构特征、功能以及抗病基因进化机制研究的进展。     

光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白的生物信息学分析

[目的]预测光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白的结构与功能。[方法]采用生物信息学方法对该基因及其编码蛋白的基本理化性质、疏水性、信号肽、二级结构和亚细胞定位等方面进行预测和分析,同时构建其编码产物的系统进化树。[结果]此蛋白的理论分子量为21.882 k D,包含一个由20个氨基酸组成的信号肽,属亲水蛋白,分泌到胞外发挥作用,可能具有信号转导和响应胁迫与免疫反应的功能,与赤拟谷盗的同源性最高,具有能够与肽聚糖结合的保守的PGRP结构域和一个Ⅱ型酰胺酶结构域。[结论]光滑鳖甲肽聚糖识别蛋白Ap PGRP-FD1基因克隆成功,生物信息学分析及结合蛋白质结构与功能预测可为深入研究ApPGRP-FD1提供理论指导。     

大豆GeBP转录因子基因家族的生物信息学分析

GeBP转录因子调控植物表皮毛的生长发育,并且参与控制植物叶片的发育。该文利用生物信息学方法,在大豆全基因组范围内搜索GeBP基因家族,并从氨基酸理化性质、基因结构、染色体的物理分布、系统进化、序列比对、功能结构域、组织表达情况等基本特征方面对GmGeBP基因家族进行分析。结果表明:(1)共获得9个GmGeBP转录因子基因家族成员,其中仅2个基因含有内含子,且都只有1个内含子,表明该家族成员基因构造比较简单但稳定。(2)GmGeBP编码的蛋白分子量为39.65~49.24 kD,理论等电点为4.65~9.08;这些成员基本上都是酸性氨基酸,属于亲水性、不稳定蛋白。(3)这9个基因不均匀的分布于7条染色体上,10和20号染色体上分别分布2个GeBP基因,3、5、13、15、19号染色体上各分布1个基因。(4)系统进化分析表明,大豆与拟南芥对应的GeBP成员亲缘关系较近,分别聚类到4个分支,而与水稻的距离较远。(5)结构域分析表明,9个GmGeBP成员都包含DUF573结构域,推测该部分在GeBP转录因子中很可能是与靶标基因顺式作用元件互作的结构域。(6)通过分析大豆GmGeBP转录因子基因家族的组织表达,发现不同基因在大豆不同组织的表达量不同,具有一定的特异性。该文对大豆GeBP转录因子基因家族的分析和鉴定为进一步研究大豆表皮毛发育的分子作用提供了理论基础。     

中国大鲵 Dmrt 基因 DM 结构域的克隆及序列分析

Dmrt 基因家族是一个与性别决定相关的基因家族,该家族成员共有一个具有 DNA 结合能力的保守基序-DM 结构域。为了进一步探讨该家族在系统进化中的保守性,本研究通过简并 PCR 技术,扩增并克隆了中国大鲵（Andrias davidianus）基因组中的 DM 结构域。序列分析显示,中国大鲵基因组中存在 Dmrt 基因的 DM 结构域。其核酸序列与猕猴、青鳉、人、小鼠、牛、热带爪蟾相应 Dmrt 基因 DM 结构域的相似性分别为 91%、92%、92%、89%、91%、84%。其蛋白序列与上述物种的相似性均为91%,表现为4个氨基酸的变异。即第 19、34、36 和 45 位的精氨酸分别由半胱氨酸、谷胱酰胺、色氨酸和谷胱酰胺所取代。这些氨基酸的变化对其蛋白总体的三维构型没有显著影响。聚类分析结果表明,不同进化地位物种的 Dmrt 基因 DM 结构域编码序列存在高度的同源性,显示 Dmrt 基因在系统进化上的高度保守。     

中间锦鸡儿CiUPF0114克隆与表达及豆科UPF0114基因家族成员分析

本研究克隆了中间锦鸡儿一个CiUPF0114基因,该基因编码框长876 bp,编码291个氨基酸的蛋白质,预测等电点9.83,分子量32.13 kD。利用荧光定量PCR检测发现,在干旱、脱水和冷处理后,CiUPF0114基因转录水平的表达量均明显上调。通过全基因组筛选,获得了29个来自于8种豆科植物以及模式植物拟南芥和水稻中的UPF0114基因家族成员,并对其进行了系统进化分析、基因结构和保守基序分析。系统进化分析将UPF0114基因分成A和B两个亚家族,A亚家族又分成A1和A2两个组,本研究中克隆的中间锦鸡儿CiUPF0114属于B亚家族成员。通过对蛋白长度、结构域数量、分子量、等电点、基因结构和保守基序的分析发现,29个UPF0114基因差异不大,说明该基因家族成员在进化上相对保守。该研究为进一步验证CiUPF0114基因的功能奠定了基础。     

马铃薯StXYLP基因家族的生物信息学分析

[目的]在马铃薯基因组水平上鉴定木质形成素类蛋白(Xylogen-like protein, XYLP)基因家族,分析其理化性质及基因的表达模式。[方法]用生信学方法鉴定马铃薯XYLPs,分析其理化性质、亚细胞定位、进化关系、蛋白质结构、基因结构和染色体定位。利用芯片数据分析马铃薯StXYLPs的时空表达模式及对非生物胁迫的响应。[结果]马铃薯中共有20个StXYLPs;蛋白全长在139～221氨基酸之间,理论等电点在4.36～9.42之间,均锚定在质膜上;蛋白质结构基本相似,均具有保守的nsLTP结构域;StXYLPs在染色体上的定位具有偏好性;StXYLPs具有明显差异的组织表达模式,响应不同的非生物胁迫。[结论]StXYLPs与生长素、细胞分裂素和赤霉素共同调控马铃薯器官发育,19个StXYLPs表达受调控。12个StXYLPs受ABA诱导表达上调,在盐、高温及干旱胁迫下,14个StXYLPs受诱导表达上调,参与对抗非生物胁迫。     

肌动蛋白基因和β-微管蛋白基因用于真黏菌系统发育的可行性研究

真黏菌是一类独特的菌物。目前对其进行的系统发育研究主要是基于形态特征,分子水平的系统发育研究上小亚基核糖体RNA基因和蛋白质合成延长因子基因研究相对较多。为了扩充能有效地进行真黏菌系统发育研究的基因资源,探讨了肌动蛋白基因和β-微管蛋白基因用于真黏菌系统发育的可行性。共获得14个基因序列,肌动蛋白基因和β-微管蛋白基因各7个。在GenBank中除多头绒泡菌Physarum polycephalum外并无其他真黏菌的肌动蛋白基因和β-微管蛋白基因序列,研究获得的14个基因序列为真黏菌基因的新序列。系统发育分析表明,肌动蛋白基因能够有效地将无丝菌目、团毛菌目、绒泡菌目和发网菌目区分为4个分支,其中发网菌目为一个独立的进化支,支持了根据子实体发育所认识的真黏菌纲内部具有两条进化路线的观点,因此显示出肌动蛋白基因对于真黏菌系统发育研究的重要价值。