中华猕猴桃WOX转录因子的生物信息学分析

WOX基因家族是植物特有的一类转录因子,在植物发育关键时期,如胚的形成、维持干细胞稳定性和器官形成过程中发挥重要调控作用。为探究WOX转录因子调控中华猕猴桃的生长发育的分子理论基础,该文利用ProtParam、Cell-PLoc2.0、SignalP4.1 Server等在线软件对中华猕猴桃的16个WOX转录因子进行理化特性、亚细胞定位和信号肽等详细的生物信息学分析。结果表明:(1)中华猕猴WOX转录因子的所有蛋白成员的氨基酸数目在138～371之间,分子量为16.222～42.185 kD,均定位于细胞核的不稳定亲水蛋白。(2)中华猕猴桃的16个WOX蛋白成员均属于Homodomain超家族,仅Achn362451是分泌蛋白,且仅Achn362451和Achn141001具有跨膜区。(3)大部分WOX蛋白成员的潜在磷酸化位点都位于丝氨酸处。(4)其二级结构主要以无规则卷曲为主,其次为α-螺旋。(5)保守基序分析结果表明中华猕猴桃的16个WOX蛋白成员均含有motif1。(6)系统进化分析结果表明中华猕猴桃与菠萝的亲缘关系最近,与番茄的亲缘关系最远。(7)在中华猕猴桃果实成熟过程中不同时期的转录组分析结果表明其WOX基因家族中4个成员Achn131681、Achn145561、Achn336591、Achn362451基因在授粉后20、120、127 d表达含量都较高,其他12个WOX基因成员表达含量低甚至不表达。该研究为进一步研究中华猕猴桃WOX转录因子在其生长发育过程中的分子机理提供了一定的参考依据。     

Pre-miR172及miR172调控油菜AP2基因表达的规律分析

为探究油菜miR172前体(pre-miR172)及成熟体(miR172)对AP2基因的调控功能,该研究通过生物信息学方法对miR172和AP2启动子进行调控元件预测,分析6条油菜AP2基因的进化关系及miR172与AP2的靶向关系; 通过qRT-PCR方法检测AP2、miR172和pre-miR172在早熟和晚熟油菜不同组织的表达规律; 比较分析miR172丰度和AP2表达量间的相关关系,以及比较分析 pre-miR172和miR172在表达水平上的相关关系; 通过过表达pre-miR172,再次验证pre-miR172对成熟体miR172及AP2的作用。结果表明:(1)miR172和AP2启动子区均存在调控花发育的顺式元件。(2)6条AP2序列均经历了强烈的纯化选择,均具备miR172的结合位点,属miR172的靶基因。(3)miR172家族成员均可促进早熟油菜AP2表达,但miR172d作用不明显。在晚熟油菜中,miR172a和miR172c作用微弱,miR172b和miR172d二者共同发挥作用降低AP2的表达水平。(4)pre-miR172家族对于早熟油菜中miR172家族的表达水平均有促进作用; 在晚熟油菜中pre-miR172a和pre-miR172b对其成熟序列的形成发挥正调控作用,pre-miR172c和pre-miR172d则对于其成熟序列的形成发挥负调控作用。过表达pre-miR172后,miR172和AP2表达规律与上述结果保持一致,证实pre-miR172对miR172及AP2的调控功能。该研究结果丰富了油菜AP2基因的功能调控路径,为基因的调控功能研究提供了新的思路。     

中粒咖啡WRKY基因家族的生物信息学分析

WRKY转录因子是植物信号网络中不可缺少的部分,作为植物中最大的转录因子家族之一,在植物的多种应激反应中发挥着重要作用。该文利用生物信息学方法对中粒咖啡WRKY蛋白家族的理化特性及其分子进化进行了详细分析。结果表明:(1)CcWRKY蛋白氨基酸数量在103～994个之间,均无信号肽,推测其为非分泌性蛋白; 其二级结构以无规则卷曲为最主要的结构元件,三级结构主要分为6类,其中以CcWRKY15、CcWRKY25、CcWRKY37和CcWRKY42为主要成员的D类结构最稳定。(2)保守结构域及进化树分析结果显示,中粒咖啡WRKY基因家族含有49个成员,其中的10个成员归为WRKY第Ⅰ家族,34个成员归为WRKY第Ⅱ家族,5个成员归为WRKY第Ⅲ家族。(3)中粒咖啡 WRKY47基因与其他物种的系统进化分析结果显示,WRKY47与烟草亲缘关系最近,与非洲油棕(Elaeis guineensis)亲缘关系最远,说明WRKY47蛋白在生物进化过程中比较保守。该研究结果可为中粒咖啡WRKY基因家族分子功能的深层次研究提供一定的借鉴作用,对进一步探究中粒咖啡WRKY基因的功能、进化以及分子育种具有重要意义。     

地黄C3H基因的克隆及生物信息学分析

香豆酸-3-羟化酶属于植物中最大的蛋白酶细胞色素P450家族之一,在植物生命活动中发挥着重要作用。为了解地黄香豆酸-3-羟化酶基因RgC3H合成毛蕊花糖苷的功能,该研究基于地黄代谢组学分析获得KEGG途径中的C3H,采用多重比对在NCBI中获得同源基因的一个保守序列,并基于该保守序列和地黄SRA数据库,采用电子克隆和RT-PCR克隆技术获得地黄C3H基因全长CDS(RgC3H),对其进行生物信息学分析。结果表明:RgC3H基因全长为1 530 bp,且编码一个含509个氨基酸、分子量为57.91 kD、无信号肽的蛋白质; 基于氨基酸序列的结构分析显示,RgC3H有一个保守区域-P450结构域; 系统进化分析结果显示,RgC3H与芝麻和猴面花的C3H基因具有很高的同源性。上述结果为进一步研究RgC3H基因在地黄毛蕊花糖苷生物合成途径中的作用奠定了基础。     

罗布麻CesA基因家族的生物信息学分析

植物体中纤维素是细胞壁形成的主要成分,不仅参与细胞形态的建成,调控细胞发育,还参与细胞内多种细胞信号转导途径,进而影响植物体的生长发育。纤维素合酶是植物体合成纤维素的主要酶类。为了探究CesA基因家族对罗布麻生长发育及纤维素合成的调控机理,该文通过生物信息学分析方法,从基因家族鉴定、结构分析、蛋白理化性质与多级结构预测、亚细胞定位、信号肽、进化关系和顺式作用元件等方面,对罗布麻CesA基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。结果表明:基于全基因组测序,罗布麻CesA基因家族鉴定含有15个成员,分布在罗布麻11条染色体中的8条上,其编码蛋白的氨基酸数量为730～1 158,相对分子质量81 280.81～130 123.18 kDa,理论等电点6.18～8.83。除了AvCesA3、AvCesA5、AvCesA7、AvCesA10和AvCesA11蛋白为稳定蛋白,其余成员均为不稳定蛋白;除了AvCesA12蛋白为疏水性蛋白,其余成员均为亲水性蛋白。该家族成员包含3～14个外显子,8～15个保守基序。编码蛋白主要分布于质膜与高尔基体上,无信号肽,二级结构以无规则卷曲与α-螺旋为主要构成元件。AvCesA15蛋白的跨膜结构域和三级结构与其他成员存在显著不同。罗布麻CesA基因进化时主要受纯化选择作用。对上游1 500bp区域顺式作用元件分析,结果显示罗布麻CesA基因受到光、温度、水分、氧气等环境因子及生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯、水杨酸等植物激素调控。该研究为进一步探究罗布麻CesA基因家族的生物学功能、提高纤维品质与品种改良奠定理论基础。     

蛇足石杉COBRA基因家族的分子生物信息学及表达分析

为探明蛇足石杉COBRA基因家族成员分子生物信息学特征及组织表达规律,该文基于蛇足石杉的全长转录组数据,通过生物信息学技术对该家族成员(HsCOBRAs)的理化性质、结构域、保守基序、顺式作用元件、基因表达量等进行分析。结果表明:(1)在蛇足石杉全长转录组中共筛选出24个HsCOBRAs家族成员,其中酸性蛋白9个,稳定蛋白11个,疏水性蛋白5个,具有跨膜结构的蛋白7个,具有信号肽的蛋白3个。(2)亚细胞定位在细胞壁、叶绿体、细胞核、细胞膜上。(3)结构分析发现HsCOBRAs有7种结构域和6种保守基序,部分成员具有高度保守的CCVS结构。(4)HsCOBRAs具有CAAT-box、TATA-box等45种顺式作用元件。(5)HsCOBRA2在叶、孢子、茎、芽胞中的表达量均最高。该研究结果可为HsCOBRAs的进一步研究及生物学功能验证等提供理论依据。     

烟草TIR-NBS基因家族的生物信息学分析

TIR-NBS基因是一类与植物抗病调节和生长发育密切相关的基因,其特征解析有助于对植物免疫和发育调节的认识。该研究通过生物信息学分析方法,从基因鉴定、染色体分布、基因结构、蛋白性质和结构、信号肽、亚细胞定位和顺式作用元件等方面,对烟草TIR-NBS基因家族进行了鉴定和分子特性分析。结果表明:烟草TIR-NBS基因家族含有30条成员,分布在21条染色体上,含有3～8个保守基序;编码蛋白均为不稳定蛋白,无信号肽,主要分布于细胞核、细胞质和叶绿体中,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主要构成元件;进化时主要受纯化选择作用,与番茄的TIR-NBS基因亲缘关系最近;顺式作用元件分析表明其可能受光照、温度以及生长素、茉莉酸甲酯、脱落酸、水杨酸、赤霉素等激素调控。该研究结果为进一步探究TIR-NBS基因的生物学功能及提高植物产量和品质提供了依据。     

龙眼DlPSY基因在根和叶中的表达及其生物信息学分析

为研究八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase)基因在龙眼类胡萝卜素合成途径中的作用机制,该文从龙眼转录组数据中筛选获得一个PSY基因,命名为DlPSY,采用生物信息学方法对龙眼PSY蛋白的一级结构、理化性质、信号肽、跨膜结构、亚细胞定位、亲疏水性、蛋白质二级结构、蛋白质三级结构、卷曲螺旋、蛋白质结合位点、系统进化树、蛋白质互作等进行分析和预测,并同时运用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术对DlPSY基因在龙眼根和叶中的差异表达进行分析。结果表明:龙眼DlPSY基因长度为1 260 bp,编码420个氨基酸;生物信息学预测DlPSY蛋白具有Isoprenoid Biosyn C1超家族结构,含有信号肽,为分泌性蛋白,无跨膜结构,是一种可溶性亲水蛋白,定位于膜外; DlPSY蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成,具有卷曲螺旋。Ramachandran评估结果表明应用SWISS-MODEL构建的蛋白质三级结构模型可靠,其配体结合位点为344Phe和347Lys。RT-qPCR分析结果表明DlPSY基因在龙眼根和叶中均有表达,叶中表达量高于其在根中的表达量。该研究结果为下一步采用遗传学方法提高龙眼中类胡萝卜素的含量奠定理论基础。     

肺癌细胞中调控ezrin基因基本转录活性的顺式作用元件及转录因子的鉴定

研究发现,质膜-细胞骨架连接蛋白Ezrin在多种肿瘤细胞中异常表达,而且Ezrin的表达上调与肿瘤细胞的移动侵袭相关,但是调控ezrin基因转录的分子机制却不清楚．为了探明ezrin基因的转录调控机制,以肺癌细胞A549为材料,首先采用双荧光素酶报告基因分析系统检测ezrin基因5′侧翼嵌套缺失序列和位点突变序列的转录活性,鉴定肺癌细胞中ezrin基因的基本启动子区以及关键的顺式作用元件Sp1结合位点 (-75/-69) 和AP-1结合位点 (-64/-58)．其次,利用凝胶电泳迁移率变动分析证明,肺癌细胞核蛋白提取物能够与ezrin基因含有关键顺式作用元件的DNA序列结合,形成DNA-核蛋白复合物,而且Sp1结合位点和AP-1结合位点与重组蛋白rhSp1和rhAP-1的结合具有位点特异性．最后,利用瞬时转染实验证实,转录因子Sp1和AP-1 (由c-Jun和c-Fos组成的异源二聚体) 分别通过Sp1结合位点和AP-1结合位点,增强ezrin基因基本转录活性,而且,过表达转录因子Sp1、c-Jun或c-Fos上调了Ezrin蛋白表达．研究确定,肺癌细胞中调控ezrin基因基本转录活性的关键顺式作用元件是Sp1结合位点 (-75/-69) 和AP-1结合位点 (-64/-58),与之作用的转录因子Sp1和AP-1对于ezrin基因的转录激活作用至关重要．     

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。     

金铁锁转录因子ptMYC2的克隆和生物信息学分析

金铁锁是 “云南白药”等多种中成药的重要组成,其有效成分为三萜皂苷,MYC类转录因子在调节植物三萜类次生代谢积累中有重要作用。为研究ptMYC2 基因在金铁锁三萜皂苷合成代谢途径的调控机制,该研究基于金铁锁转录组测序数据,克隆得到ptMYC2转录因子的两个全长基因; 通过生物信息学软件对两条转录因子的同源性、理化性质、疏水性、跨膜结构、亚细胞定位、结构域、靶基因结合位点等进行初步预测分析。结果表明:两条转录因子所编码的蛋白属于亲水性蛋白,不存在跨膜区域,均是非分泌蛋白质,且不存在信号肽; 两条转录因子的亚细胞定位于细胞核; 结构域分析显示,两个基因都含有bHLH家族结构域; 预测得到金铁锁三萜皂苷合成途径中HMGR、FPS、SE、β-AS等基因的启动子可能存在与MYC2结合的E-box特异性结合位点。该研究结果将为进一步研究ptMYC2基因在金铁锁三萜皂苷合成代谢途径的调节机制奠定基础。     

油橄榄AP2/ERF转录因子鉴定及水胁迫表达分析

为探究油橄榄AP2/ERF基因家族对水胁迫的响应机制,该研究对受干旱及水淹胁迫的‘佛奥’和‘TYZ-1号’2个品种的根和叶进行转录组测序,并对油橄榄中AP2/ERF转录因子的蛋白理化性质、基因结构及系统进化进行分析,同时分析与水胁迫相关的AP2/ERF转录因子在2个油橄榄品种中的基因表达差异且进行RT-qPCR验证。结果表明：(1)在油橄榄中鉴定得到110个AP2/ERF基因家族成员,该110个蛋白质所含氨基酸大小为173～717 bp,均不存在信号肽,为非分泌蛋白。将油橄榄AP2/ERF与模式植物拟南芥AP2/ERF蛋白构建进化树发现,油橄榄AP2/ERF蛋白分为AP2、RAV、ERF和Solosist 4大类,其中ERF分为ERF和DREB 2个亚类,ERF包含ERF B1～ERF B6 6个子亚类,DREB包含DREB A1～DREB A6 6个子亚类,这与模式植物拟南芥AP2/ERF的分类一致,每个亚家族同时包含了油橄榄和拟南芥AP2/ERF蛋白,说明拟南芥和油橄榄的AP2/ERF家族在进化水平上有一定的相似性。(2)油橄榄AP2/ERF同一亚家族蛋白具有相同的基因结构及保守元...     

欧耧斗菜AP2/ERF基因家族鉴定及盐胁迫下表达分析

AP2/ERF转录因子在植物生长发育和响应非生物胁迫中发挥着重要作用。为探究欧耧斗菜(Aquilegia vulgaris)中AP2/ERF对盐胁迫的响应,该研究基于前期试验获得的盐胁迫下转录组数据,通过生物信息学方法筛选欧耧斗菜AP2/ERF家族基因,分析其生化特征、保守基序、系统进化等,并对其在盐胁迫处理下不同时间的根与叶中的表达量变化进行分析,利用qRT-PCR技术对候选基因表达量进行验证。结果表明:(1)筛选出86个AvAP2/ERF基因,其编码的氨基数目为132～722个,分子量为14 763.30～79 069.47 Da,等电点介于4.49～9.68之间,偏酸性蛋白较多,均为亲水性蛋白; 对AvAP2/ERF蛋白进行亚细胞定位预测,大多数定位于细胞核。(2)二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主,均具有AP2保守结构域,有两个高度保守的基序Motif 1和Motif 2。(3)在盐胁迫下,71个AvAP2/ERF基因表达量发生变化,其中叶片中差异表达基因18个、根中19个; 欧耧斗菜与拟南芥AP2/ERF基因聚类为5个亚家族、15个亚组,通过表达分析及同源关系,确定3个响应盐胁迫的基因AvAP2/ERF-56、AvAP2/ERF-61与AvAP2/ERF-80,其qRT-PCR结果与转录组数据一致。该研究结果为深入探究欧耧斗菜AP2/ERF基因的功能及逆境响应机制奠定了基础。     

小立碗藓WRKY基因家族生物信息学分析

WRKY作为最先在植物中发现的转录因子,在植物生长发育等过程中发挥重要作用。为了更好地研究小立碗藓WRKY蛋白的结构与功能,该文以Pfam数据库中WRKY基因家族数据(登录号为PF03106)为材料,分析了小立碗藓(Physcomitrella patens)WRKY基因家族成员的理化性质、蛋白质的二级结构预测、染色体定位、内外显子分布及系统进化关系。结果表明:(1)小立碗藓WRKY基因家族成员共有38个基因,根据WRKY保守结构域个数和锌指结构类型分成Ⅰ、Ⅱ两大类,不含第Ⅲ类(锌指结构为C2HC型),其中部分基因WRKY保守结构域发生变异。(2)WRKY蛋白氨基酸长度在216~775 aa之间、相对分子质量在24.5~82.8 kDa之间,亚细胞定位显示WRKY家族成员蛋白质定位于细胞核中。(3)WRKY蛋白的二级结构以α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲四种构成元件构成,除PpWRKY11(α-螺旋为主)外,其余无规卷曲占比高达70%。(4)与拟南芥的系统进化关系表明,植物在进化过程中WRKY家族成员的数目与进化方式发生改变,WRKY基因家族成员外显子的个数为3~7个。(5)小立碗藓WRKY基因家族成员无规则分散于21条染色体上,并未形成基因簇。该研究通过分析WRKY基因家族的基本结构与性质,能为后续深入研究WRKY转录因子的功能奠定基础。     

水曲柳中MYBL2基因表达特征分析

MYB转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,参与植物生长、繁殖和代谢的各个时期,能通过多种方式参与植物抗逆生长。该文在水曲柳中克隆FmMYBL2基因,利用生物信息学分析其结构和表达特征,并构建FmMYBL2蛋白的系统进化树。对水曲柳幼苗进行低温胁迫、盐胁迫处理以及激素分子诱导处理(包括ABA、IAA、GA_3、JA、SA)。分别在0、1、3、6、12、24、48 h取样,利用实时荧光定量PCR对上述处理样品中FmMYBL2基因进行定量分析,并分析了FmMYBL2的时空表达特征。结果表明:(1)克隆得到的FmMYBL2基因全长为762 bp,编码253个氨基酸。(2) FmMYBL2蛋白是亲水性蛋白,氨基酸序列比对表明其与棉花同源关系较近。(3)荧光定量分析表明,FmMYBL2基因响应低温胁迫和盐胁迫,同时ABA、IAA、GA_3、JA、SA共同调控该基因表达。(4)在低温处理1 h、盐胁迫48 h时,虽然FmMYBL2基因表达量最高,激素诱导后表达量持续波动,但其能在短时间内迅速响应。(5) FmMYBL2基因在根、芽、花、种子中均有表达,雄花中的表达量最高。该研究结果为深入研究MYBL2基因功能和水曲柳抗逆生长的调控奠定基础。     

银杏bHLH91转录因子基因的克隆及表达分析

bHLH转录因子在植物的生长发育、胁迫应答和次生代谢中具有重要的调控作用。该研究通过PCR技术从银杏(Ginkgo biloba)叶中分离得到了一个bHLH基因的cDNA序列,并将其命名为GbbHLH91。序列分析结果显示扩增的GbbHLH91基因cDNA序列长度为1 425 bp,开放阅读框是1 065 bp,编码354个氨基酸,分子量为40.1 kDa,等电点为8.20。系统进化分析结果显示,从用于进化树构建的bHLH蛋白质聚类情况来看,银杏GbbHLH91蛋白与裸子植物油松(Pinus tabuliformis)bHLH蛋白亲缘关系最近,且与被子植物无油樟(Amborella trichopoda)bHLH蛋白相似性达到60%,表明该基因在进化过程中相对比较保守。实时荧光定量PCR分析发现银杏bHLH91基因在银杏的各个组织中均有表达,其中在银杏叶中表达量最高,在根和茎中基因的表达量次之,在银杏雌花和果中表达量较少,在雄花中的表达水平最低;GbbHLH91基因在不同发育时期的银杏叶片中,表达量也存在一定的差异,其中在4月中旬该基因的表达水平达到最高,而后随着叶片的生长发育,该基因的表达水平呈现下降趋势。该研究结果为进一步验证GbbHLH91基因的功能奠定了前期基础。     

北美鹅掌楸CPP转录因子家族LtTCX2基因的克隆与分析

CPP(cystein-richpolycomb-likeproteinor Tesmin/TOS1-like)家族属于成员数目较少的一类转录因子基因家族,含有保守的富含Cystein的CRC结构域,在植物发育进程中,主要参与花发育、细胞分裂、分子进化等。为了探索CPP转录因子家族在北美鹅掌楸花发育中的作用,该文以北美鹅掌楸(Liriodendron tulipifera)为材料,采用RACE技术克隆出1个CPP-like家族基因,命名为LtTCX2,全长2 866 bp。通过NCBI网站在线分析,ORF长2 424 bp,编码了807个氨基酸,含2个保守的TSO1-like CXC结构域,分子量为88 699.25 Da,理论等电点为5.83,不稳定系数为62.38,疏水性平均值为-0.619,预测为亲水性蛋白、非跨膜蛋白、核蛋白,不含信号肽及切割位点。氨基酸比对及系统进化分析结果显示,LtTCX2与其他物种的CPP家族TCX蛋白具有较高的同源性,与亚洲莲(Nelumbo nucifera)的NnTCX2、胡杨(Populus euphratica)的PeTCX2进化关系最近。荧光定量PCR结果显示,LtTCX2基因在叶片中表达量最高,在萼片、花瓣中几乎不表达,表达量由高至低如下:叶片、花芽、雌蕊、雄蕊、茎、根、花瓣、萼片。以上结果说明,LtTCX2属于较古老、保守的一类基因,可为从分子生物学层面研究鹅掌楸属植物系统进化提供一定的理论依据。