水稻Trihelix转录因子家族全基因组分析及功能预测

Trihelix转录因子家族在植物生长发育以及响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用,但目前基于水稻全基因组水平鉴定和分析该基因家族的研究尚未见相关报道。本文利用生物信息学方法在水稻基因组数据库中鉴定到Trihelix家族成员31个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族(Ⅰ~Ⅴ)。通过与拟南芥、二穗短炳草和高粱中Trihelix家族的聚类分析发现,这4个物种中Trihelix家族的分类相一致,但每个物种均含有不同亚家族的成员,表明该基因家族的分化早于物种的分化。基于MEME程序分析水稻Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析结果具有较高的一致性。染色体区段复制分析表明,部分Trihelix家族成员在水稻以及水稻与其他物种之间存在种内和种间的染色体区段复制;生物芯片数据分析发现,Trihelix基因家族在水稻不同组织中、以及对6种不同植物激素的响应呈现多样化的表达谱。采用RiceFREND在线数据库分析发现,水稻Trihelix转录因子家族的20个成员与其他蛋白存在互作关系。本研究结果初步明确了水稻Trihelix转录因子家族的进化特点、染色体分布、染色体区段复制关系、组织表达、激素应答,以及该家族蛋白与其他蛋白质的互作情况,为进一步揭示Trihelix转录因子家族的分子进化规律和生物学功能奠定了基础。     

番茄中Rpi-blb2同源基因的挖掘与鉴定

番茄晚疫病是番茄生产中的主要病害之一,经常会造成较大的经济损失。晚疫病生理小种的变异和进化常会导致番茄品种原有的遗传抗性丧失,因此不断挖掘新的抗性基因,改良番茄晚疫病抗性是番茄抗病育种的长期任务。该研究采用BLAST同源比对的方法,以马铃薯野生近缘种的晚疫病抗性蛋白序列Rpi-blb2为种子序列,在NCBI蛋白质序列数据库中检索得到11条番茄蛋白质序列,这些序列与种子序列相似性为78%~83%,属于番茄疾病抗性蛋白家族,并对该家族成员进行了基因结构、基因定位、序列保守结构域和进化关系等分析。结果表明:该家族中10条序列分布在第Ⅵ条染色体上,1条分布在第Ⅴ染色体上;6号染色体上的10序列呈现2个抗病基因簇分布,在染色体上分别占据2个和3个基因位点;10条同源蛋白是Rpi-blb2的共同垂直同源蛋白,但不具有平行同源关系,大多数成员定位于细胞质。按照蛋白质保守结构域和基因定位的不同可分为三类,第一类共4条系列,包含有DUF3542和NB-ARC两个保守结构域特征序列;第二类共6条序列,与马铃薯Rpi-blb2蛋白一样,仅包含NB-ARC保守结构域特征序列,在这2类蛋白序列的NB-ARC结构域均位于序列中部;第三类(仅包含XP_004239406.1)虽然也具有与第一类蛋白相似的DUF3542和NB-ARC结构域,但在结构域两端的非保守区序列较短,且位于5号染色体上,因此将其单独归为1类。前两类蛋白成员相应的基因具有1~2个内含子,第3类蛋白不含内含子。该研究结果为利用生物技术选育番茄抗性品种提供了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

桑树Trihelix转录因子家族研究

利用生物信息学方法在桑树全基因组数据库中鉴定出Trihelix家族成员29个,序列聚类和功能结构域分析发现该家族成员均含有高度保守的、特征性的Trihelix结构域;根据亲缘关系远近和结构域特点,将其分为5个亚家族;基于MEME程序分析发现桑树Trihelix转录因子家族的保守基序与聚类分析具有较高的一致性。研究初步明确了桑树Trihelix转录因子家族成员、结构和功能特点,为进一步揭示桑树Trihelix转录因子家族的系统发育和生物学功能提供了基础。     

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     

拟南芥和水稻金属蛋白酶ftsH基因家族的基因组比较分析

FtsH(Filamentation temperature-sensitive H)是一种广泛存在于原核生物和真核生物中的ATP依赖型金属蛋白酶。同源性分析表明,在拟南芥和水稻基因组中分别有12个和9个ftsH基因。ftsH基因在染色体上的分布有明显的偏爱性,如拟南芥的1、2、5号染色体和水稻的1、5号染色体。亚细胞定位分析表明,所有FtsH蛋白均定位于叶绿体或线粒体中。系统进化分析表明,21个FtsH蛋白成员可分为8个类群,其中AtFtsH12在水稻中没有发现种间同源物。每个类群成员的蛋白序列高度保守,种内同源物显示出大于80%的相似性,而种间同源物的相似性也大于70%。类群内的同源基因并非平行进化产生的,拟南芥基因组中进化出AtftsH1/5、AtftsH2/8、AtftsH3/10和AtftsH7/9共4个同源基因对,而水稻基因组中只有OsftsH3/8和OsftsH4/5两个同源基因对。每一类群中的成员在基因外显子-内含子边界分布上表现出高度保守性,在蛋白功能结构域的可变残基上具有偏爱性,而内含子在碱基组成和序列长度上表现出广泛的变异。拟南芥和水稻ftsH基因家族的比较分析为其他物种ftsH基因的特...     

番茄WOX转录因子家族的鉴定及其进化、表达分析

WUSCHEL相关的同源异型盒(WUSCHEL-related homeobox,WOX)是一类植物特异的转录因子家族,具有调控植物干细胞分裂分化动态平衡等重要功能。本研究利用番茄(Solanum lycopersicum)基因组数据,通过建立隐马尔科夫模型并进行检索,鉴定了番茄10个WOX转录因子家族成员。多序列比对发现,番茄WOX转录因子家族成员具有高度保守的同源异型结构域;以拟南芥WOX转录因子家族成员序列为参照,通过邻接法、极大似然法、贝叶斯法重建了系统发育树,三者呈现出类似的拓扑结构,番茄和拟南芥WOX转录因子家族共25个成员被分为3个进化支(Clade)和9个亚家族(Subgroup);利用MEME和GSDS对WOX转录因子家族成员的蛋白保守结构域和基因结构进行了分析,同一亚家族内的WOX转录因子家族成员的保守结构域的种类、组织形式以及基因结构具有高度的一致性;利用Perl和Orthomcl对家族成员的染色体定位和同源性关系进行分析,结果表明串联重复的SlWOX3a和SlWOX3b可能来源于一次复制事件;利用番茄转录组数据和qRT-PCR进行表达分析,结果显示家族成员在不同组织中的表达存在差异,暗示了WOX家族的不同成员在功能上可能具有多样性。本研究对番茄WOX转录因子家族成员进行GO(Gene Ontology)注释和比较分析,结果表明该家族成员作为转录因子,可能在组织器官发育、细胞间通讯等过程中发挥作用。     

茄科植物木糖转移酶家族基因挖掘与进化分析

木糖转移酶在植物多糖合成以及蛋白糖链修饰中起重要作用。本研究试图从全基因组水平上系统鉴定植物木糖转移酶基因保守结构域,并挖掘茄科植物中木糖转移酶家族基因新成员。研究中选取了5种茄科植物,分析鉴定了茄科植物中的木糖转移酶基因及其保守结构域,并构建得到了系统发育树。系统鉴定获得了54条木糖转移酶家族基因。其中,矮牵牛基因组中含有6条家族成员,而在本氏烟中含有11条成员。本家族成员可分为5个亚家族,其中的两个亚家族各自能进一步分为两个显著的独立枝。在鉴定得到的基因中,仅有2条拟南芥基因功能得到了鉴定,分别参与蛋白糖基化和种皮多糖合成。拟南芥每条木糖转移酶基因仅含有1个保守结构域,而此结构域覆盖各基因大片区域。各基因编码蛋白分子量较大,且表现较强的疏水性。本研究为今后针对茄科植物木糖转移酶的深入研究提供了基因靶标。     

番茄B3超家族成员鉴定及生物信息学分析

B3超家族是一类含有B3功能域(与DNA结合的高度保守结构域)的转录因子,在植物生长发育过程中起重要作用。本研究采用生物信息学的方法,利用Pfam中的B3保守结构域序列检索番茄(Solanum lycopersicum L.)蛋白序列,确定了97个B3超家族基因。对番茄B3超家族成员进行了系统进化树分析、染色体定位、结构域分析、组织表达和诱导表达分析等。番茄B3超家族分为LAV、ARF、RAV和REM 4个亚家族,每个亚家族中的数量分别为4、22、9和62个,且在进化树中形成明显不同的分支,每个亚家族都进行了系统进化和结构域分析;番茄12条染色体都含有B3超家族基因;11个成员的表达模式表明,B3超家族同一亚家族成员也具有不同的时空表达模式;在干旱、盐和高温胁迫处理下,部分成员响应强烈并且响应不同的外界信号;而对于ABA处理响应非常弱。本研究将为B3基因超家族成员的生物学功能研究提供参考。     

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。     

陆地棉类谷氧还蛋(GhGRL)基因家族生物信息学分析

谷氧还蛋白(glutaredoxin, GRX)是一类小分子氧化还原蛋白,可以调节蛋白质的氧化还原状态从而维持蛋白质的功能,在生物的生长发育及抗氧化反应中起着重要的作用。类谷氧还蛋白蛋白(glutaredoxin-like, GRL)是新划分的GRX类型,本研究为深入探究GRL基因家族在陆地棉中功能,对GhGRL基因家族进行生物信息学及表达分析。研究结果表明,32个GhGRL基因主要定位于细胞核,它们均具有GRX-GRX-Like保守结构域。GhGRL基因所编码的氨基酸的多重序列比对和保守序列分析发现,该家族成员序列相似性约为31.31%,大部分包含4个保守基序,同时这4个保守基序与保守结构域重叠;根据GhGRL基因的系统进化树可将32个GhGRL基因分为3亚组,基因结构分析发现该家族基因大部分无内含子;染色体定位分析显示GhGRL基因分散在19个染色体上,每条染色体上的GhGRL基因数目有很大的差别;表达谱数据分析表明,大部分GhGRL基因在根、茎、雄蕊、雌蕊、子房、叶片和花等7个组织器官中均有表达,并且有差异。以上结果有利于了解棉花GhGRL基因家族的基本情况,为深入研究该基因家族在生物学功能提供基础。     

百脉根TALE转录因子家族的鉴定与生物信息学分析北大核心CSCD

三胺酸环延伸(TALE)蛋白是一类在植物生长发育过程中调控分生组织分化的转录因子。本研究通过生物信息学手段从豆科模式植物百脉根(Lotus japonicus(Regel)K.Larsen)全基因组中筛选出分布于6条染色体上的40条TALE家族基因,并对其保守结构域、基因结构、系统进化、在染色体上的分布、理化性质以及部分典型基因的组织表达差异等进行分析。根据结构域不同可将百脉根TALE家族分为BELL和KNOX两个亚族;百脉根TALE家族在进化上较为保守,分化上与大豆存在较大差异;该家族基因有外显子4～6个,氨基酸序列长度在271～792之间,家族成员蛋白均为弱酸性蛋白。Realtime PCR分析表明该家族基因表达与motif元件数之间存在相关性;BELL亚族主要在顶芽表达,KNOX亚族则主要在根组织中表达。研究结果为进一步克隆百脉根TALE基因和分析其功能奠定基础。     

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。     

百脉根TALE转录因子家族的鉴定与生物信息学分析

三胺酸环延伸(TALE)蛋白是一类在植物生长发育过程中调控分生组织分化的转录因子。本研究通过生物信息学手段从豆科模式植物百脉根(Lotus japonicus(Regel)K.Larsen)全基因组中筛选出分布于6条染色体上的40条TALE家族基因,并对其保守结构域、基因结构、系统进化、在染色体上的分布、理化性质以及部分典型基因的组织表达差异等进行分析。根据结构域不同可将百脉根TALE家族分为BELL和KNOX两个亚族;百脉根TALE家族在进化上较为保守,分化上与大豆存在较大差异;该家族基因有外显子4～6个,氨基酸序列长度在271～792之间,家族成员蛋白均为弱酸性蛋白。Realtime PCR分析表明该家族基因表达与motif元件数之间存在相关性;BELL亚族主要在顶芽表达,KNOX亚族则主要在根组织中表达。研究结果为进一步克隆百脉根TALE基因和分析其功能奠定基础。     

大豆PEBP基因家族的分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP,phosphatidyl ethanolamine-binding protein)基因家族在动物、植物和微生物中广泛存在,在控制植物开花和种子休眠中起重要作用。本研究对大豆PEBP基因家族进行了分析,发现了27个大豆PEBP基因的候选序列,其中16个具有完整PEBP结构域的全长序列被认为是大豆Gm PEBP家族基因。Gm PEBP基因分布在9条染色体上,基因结构高度保守。通过系统发生分析,可将大豆Gm PEBP基因家族成员分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚族,并且发现Gm PEBP家族成员数目按照大豆物种特异性的方式进行了扩张。对重复基因的Ks分析表明,绝大多数重复基因主要由5900万年前和1300万年前的大豆基因组复制所致。     

大豆PEBP基因家族的初步分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP,phosphatidyl ethanolamine-binding protein)基因家族在动物、植物和微生物中广泛存在,在控制植物开花和种子休眠中起重要作用。本研究对大豆PEBP基因家族进行了分析,发现了27个大豆PEBP基因的候选序列,其中16个具有完整PEBP结构域的全长序列被认为是大豆Gm PEBP家族基因。Gm PEBP基因分布在9条染色体上,基因结构高度保守。通过系统发生分析,可将大豆Gm PEBP基因家族成员分为FT-like、TFL1-like和MFT-like 3个亚族,并且发现Gm PEBP家族成员数目按照大豆物种特异性的方式进行了扩张。对重复基因的Ks分析表明,绝大多数重复基因主要由5900万年前和1300万年前的大豆基因组复制所致。     

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。