拟南芥和水稻JMJC蛋白的研究进展

表观遗传学是研究在基因的DNA序列没有改变的情况下,但功能发生了可遗传性变化的遗传学分支学科。JMJC蛋白是表观遗传学调控中的一类关键酶,其功能是催化组蛋白赖氨酸的去甲基化,通过染色质重塑或基因组印迹等途径调控基因的表达,影响植物的生长发育。综述拟南芥和水稻JMJC蛋白家族的近期研究进展,以期探讨JMJC组蛋白去甲基化酶对拟南芥和水稻生长发育的影响及其调控的分子基础。     

番茄AS2基因家族的系统进化分析

AS2基因家族是一类直接参与转录调控并广泛存在于植物中的转录因子家族,能够调控植物生长发育和抗逆境胁迫过程。本研究通过分析番茄基因组,鉴定了番茄中具有特定结构域的AS2基因,并利用生物信息学手段对番茄AS2基因的系统进化、染色体定位以及基因结构等信息进行了分析。系统进化分析共鉴定了45个番茄AS2基因家族成员,分成5个亚类。亚细胞定位分析表明,该家族基因主要分布在细胞核上。染色体定位揭示了AS2基因分布于10条染色体上,基因主要以片段复制的方式进行扩增。本研究为进一步探究番茄和其他物种中AS2基因功能奠定了基础。     

苔藓NAC基因家族的生物信息学分析

NAC (NAM, ATAF, CUC)转录因子家族仅存在于陆生植物中,在植物发育、响应胁迫以及生物合成过程中发挥重要作用。许多NAC家族成员的功能已被确定(主要在模式植物中),但在苔藓等早期陆生植物中NAC家族的进化过程尚不清楚。本研究从藓类的小立碗藓(Physcomitrella patens)和泥炭藓(Sphagnum fallax)、苔类的地钱(Marchantia polymorpha)和角苔类的角苔(Anthoceros angustus)中,共鉴定出97个NAC基因,并对其进行NAC转录因子家族进化分析。藓类有大约40个NAC基因,地钱和角苔中只有大约10个NAC基因。在苔藓植物中,NAC基因家族可分为5个亚家族。基因结构和保守结构域分析表明,在同一个亚家族中,大多数NAC基因具有相似的基因结构和编码相似的蛋白基序。共线性分析表明NAC-Ⅱ基因位于藓类植物保守共线性区,并随着藓类植物的整个基因重复事件而扩张。上述研究结果表明NAC基因的扩张不仅发生在维管植物中,也发生在苔藓植物中,这对NAC基因家族的功能扩展是至关重要的。进一步研究结果显示,NAC基因家族的扩增时间与藓类...     

植物miR159家族成员分子特性及其进化规律研究

为了解植物miR159家族成员的分子特性及其进化规律,该研究对miRBase数据库中登录的miR159家族成员进行分类统计、进化树构建、科间比较、二级结构预测及靶基因分析。结果表明:miR159家族在植物界分布非常广泛,蕨类植物可能是miR159家族的进化祖先;系统发育进化树分析显示,植物miR159家族成员间存在多个进化分支,且进化关系与植物属性有关,即植物亲缘关系越近的成员更易成枝,且具有相同进化方向的成员序列高度同源;Mfold预测显示,pre-miR159均会自发形成典型、稳定的茎环二级结构,并包含19~21个碱基为单位的功能片段,每个单位均有可能形成miR159成熟体;靶基因分析发现,miR159家族成员主要作用于MYB转录因子、转座因子和假定蛋白等,但在不同物种间及相同物种的不同成员间作用的靶标种类与靶基因ID数量均存在差异,尤其是miR159-3p与miR159-5p间的差异最为显著。     

葡萄TCP基因家族全基因组鉴定和分析

TCP基因家族是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长、发育等多个过程发挥重要的调控作用。本研究利用生物信息学方法对葡萄TCP基因家族成员、染色体定位、基因分类、进化分析、保守域结构和基因结构进行了详细分析。结果表明,葡萄TCP基因家族含有15个成员;进化分析表明,TCP基因家族可分为2组:ClassⅠ和ClassⅡ,其中ClassⅡ可继续分为CIN和CYC/TB1两个小组。保守结构域分析表明,葡萄TCP基因家族TCP结构域高度保守;基因结构分析表明,葡萄TCP基因家族成员是由1~8个外显子构成。以上结果将为今后揭示葡萄TCP基因的功能提供重要的理论基础。     

茉莉酸信号途径中转录抑制因子JAZ蛋白家族的分子进化分析

茉莉酸在植物的生长发育、应激反应和次生代谢过程中起着重要的调控作用。转录抑制因子JAZ（Jasmonate ZIM-domain）蛋白则是茉莉酸信号从SCF^coi1受体复合物向下游茉莉酸应答基因转导的纽带。采用比较基因组学的方法。从多谱系的角度对植物JAZ蛋白家族进行分子进化分析并取得以下研究结果。（1）在藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物及单、双子叶植物6个不同谱系的15种代表植物基因组中,鉴定了82个JAZ同源基因,其中在低等藻类植物基因组中没有鉴定到JAZ同源基因,提示JAZ家族基因可能起源于陆生植物。（2）系统发育分析表明,在植物基因组中JAZ蛋白家族可分为10个保守的亚家族,而谱系特异扩增尤其是串联重复和区段重复可能是陆生植物JAZ家族基因扩增与进化的主要机制,并导致多个谱系特异的JAZ亚家族产生。（3）基因结构分析表明,JAZ家族基因含有0一7个数目不等、62—4222bp长度不等的内含子,提示在植物基因组进化过程中,JAZ家族基因可能发生内含-丢失或内含子插入缺失,进而导致基因外显子．内含子结构的多样性。该研究结果将为植物JAZ蛋白家族的深入研究提供参考。     

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。     

木薯SYP基因的序列特征及表达分析

植物突触融合蛋白(SYP)是一类与植物细胞内囊泡介导转运有关的蛋白。部分SYP基因与植物对生物和非生物胁迫的响应有关。该文利用生物信息学工具分析了木薯(Manihot esculenta)SYP基因及其蛋白结构、核苷酸多态性和系统进化关系, 并利用RT-PCR技术检测了木薯不同组织中SYP基因的表达。结果表明, 木薯SYP基因及其蛋白结构均具有明显的规律性和家族成员间的保守性; SYP基因的cDNA在基因间以及不同品种间具高度一致性, 核苷酸变异以同义替换为主。进化分析表明, 植物SYP基因可分为2个亚家族, 木薯SYP基因倾向于与蓖麻(Ricinus communis)SYP基因聚在进化树同一分支的末端。半定量RT-PCR分析表明, 5个木薯SYP家族成员具有组织特异性。上述研究结果为木薯SYP基因功能研究和功能单核苷酸标记的开发奠定了重要基础。     

玉米CCT基因家族的鉴定与生物信息学分析

CCT(CO、COL和TOC1)家族基因广泛参与植物花期的调控过程,对植物的生长与发育起着至关重要的作用。本研究以玉米为材料,共鉴定出57个CCT基因,命名为ZmCCT1～ZmCCT57,利用生物信息学方法开展玉米ZmCCTs基因的结构、氨基酸特点、染色体定位及基因进化分析,还与其他物种的CCT基因家族进行对比分析。结果表明,CCT基因家族在染色体上呈现不均匀分布,其中5号染色体分布最多(11个),3、7、10号等染色体分布最少(均只有3个)。CCT基因家族具有相对保守的结构,即每个基因都包含保守的CCT DNA结构,其他少数基因含有其他DNA结构,CCT蛋白的3 D结构含有1个α螺旋与3个β折叠。根据多物种CCT蛋白的进化树分析依据相似性将其分为8个分支,分析结果显示单子叶植物玉米与谷子、二穗短柄草CCT基因保守性更强,亲缘关系更近。本研究为进一步揭示玉米CCT基因家族的功能机制提供了相应的参考。     

禾本科植物单锌指家族基因对逆境应答的研究进展

转录调控是植物生长发育、逆境反应、信号转导、抗病性等一系列基因表达的最主要调控形式,转录因子是参与基因转录水平调控过程的重要反式因子。单锌指(DNA binding with one finger,DOF)转录因子是植物特有的一类转录因子,包含一个C_2-C_2锌指结构,其N-末端保守的DOF结构域是能与DNA和蛋白相互作用的双重功能域,在植物生长发育过程中参与多种生物学过程。尽管已有研究报道DOF家族基因参与植物抗逆响应,但其在禾谷类重要粮食作物中的作用机制还极不明确。本文通过对禾本科植物DOF家族基因系统进化分析及组织表达和诱导表达分析,综述了DOF家族基因参与植物胁迫应答方面的相关研究进展,为进一步深入了解禾本科植物抗逆机制提供重要参考。     

In silico analysis of PHB gene family in maize

Prohibitins (PHBs) are highly conserved proteins in species ranging from prokaryotes to eukaryotes. Plant PHBs have been implicated in various cellular processes including development, senescence and stress responses. Although PHBs have been investigated in several plant species including Arabidopsis and tobacco, no systematic gene family analysis has been carried in maize. In the present study, 16 putative PHB genes have been identified. Analysis of the conserved protein motifs and gene structures has revealed high levels of conservation within the phylogenetic subgroups. Published microarray database showed that most maize PHB genes exhibited different expression levels in different tissues and developmental stages. Cis-elements analysis showed that ZmPHB2 and ZmPHB12 may play important roles in plant development. Taken together, we provide a comprehensive bioinformatics analysis of the PHB gene family in maize genome and our data provide an important foundation for further functional study of this gene family in maize.     

Genome-wide identification and evolutionary analysis of Arabidopsis sm genes family

Sm proteins are members of a family of small proteins that are widespread in biosphere and found associated with RNA metabolism. To date, to our knowledge, only Arabidopsis SAD1 gene has been studied functionally in plant. In this study, 42 Sm genes are identified through comprehensive analysis in Arabidopsis. And a complete overview of this gene family is presented, including the gene structures, phylogeny, chromosome locations, selection pressure and expression. The results reveal that gene duplication contributes to the expansion of the Sm gene family in Arabidopsis genome, diverse expression patterns suggest their functional differentiation and divergence analysis indicates purifying selection as a key role in evolution. Our comparative genomics analysis of Sm genes will provide the first step towards the future experimental research on determining the functions of these genes.     

雷蒙德氏棉HSP70基因家族的进化分析及其同源基因在陆地棉中的表达分析

热激蛋白70家族(HSP70)是一类在植物中高度保守的分子伴侣蛋白,在细胞中协助蛋白质正确折叠。文章利用隐马可链夫模型(HMM)在雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii L.)全基因组范围内进行HSP70基因家族成员进化分析,共得到30个HSP70家族成员。利用生物信息学对雷蒙德氏棉HSP70基因的结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析,结果表明,HSP70基因家族根据亚细胞定位结果可分为不同的基因亚家族,各亚家族中HSP70基因具有相对保守的基因结构;染色体片段重复和串联重复是雷蒙德氏棉HSP70基因家族扩增的主要方式。通过对不同物种的HSP70基因家族进行系统进化分析可知,HSP70亚组的分化发生在单细胞植物形成前,且细胞质型HSP70成员大量扩增。比较陆地棉棉纤维发育不同时期的深度测序表达谱,发现HSP70基因可能参与棉纤维的生长发育。本研究结果有助于了解棉属植物HSP70基因家族的功能,以期为深入研究棉纤维发育过程中的分子调控机理提供基础。     

杨树和葡萄UBX蛋白质家族分析

UBX（泛素调控X因子）蛋白质家族在泛素化相关的过程中起着重要的作用,如细胞周期调控、转录调控、信号转导、发育、胁迫响应、细胞程序性死亡、内吞作用和DNA修复。然而,到目前为止。UBX家族在杨树和葡萄中还没有被研究过。为了更好的弄清这两个植物的UBX家族,我们对UBX的基因结构、染色体位置、基因重复、系统发育关系作了分析。该研究对葡萄和杨树的UBX蛋白质家族作了第一个系统的分析。基因的外显子／内含子结构和蛋白质基序组成在同一个组里相对比较保守。基因重复分析表明．串联重复和片段重复对于杨树和葡萄的UBX基因家族的扩张有一定贡献,基因缺失在UBX基因家族的扩张过程中也发生了作用。本研究为UBX蛋白质功能的研究奠定了基础。     

Rapid expansion of the Ly49 gene cluster in rat

The cytotoxic activity of mouse natural killer cells is regulated in part through cell surface molecules belonging to the Ly49 multigene family. In mice, the genomic sequence of the Ly49 gene cluster has been examined in detail and this analysis provided a model of the expansion of this multigene family. In the present study, we have analyzed a 1.8-Mb region of the draft rat genome revealing surprising differences in size and gene content between the mouse and the rat Ly49 clusters. The rat cluster contains at least 36 Ly49 genes, including pseudogenes, while dot-plot analysis of the cluster reveals an equidistant spacing of genes, suggesting that duplication of genes in the cluster occurred through a mechanism similar to that in the mouse. Phylogenetic analysis of the predicted rat genes reveals a number of distinct gene clusters and indicates that the majority of gene duplication events occurred after the divergence of mice and rats. Thus, the rodent Ly49 locus is subject to extremely rapid gene amplification and diversification.     

雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组数据中LPAAT基因家族的发掘及其同源基因在陆地棉材料中的表达分析

溶血磷脂酸酰基转移酶(Lysophosphatidic acid acyltransferase, LPAAT)是油脂合成途径中的一个关键酶,能催化溶血磷脂酸转变为磷脂酸。本研究从雷蒙德氏棉(G. raimondii, D5)和亚洲棉(G. arboreum, A2)的基因组数据中得到17个LPAAT基因家族成员。利用生物信息学方法对二倍体棉花LPAAT基因进行基因结构、染色体分布以及系统进化分析。结果表明,LPAAT基因家族根据亲缘关系的远近可以分为不同的亚家族,各亚家族中LPAAT基因具有相似的基因结构;LPAAT家族基因编码的氨基酸序列具有3个保守基序,其中包括ΦFPEGTR-G结合位点和Φ-NHQS-ΦDΦΦ催化位点;通过对不同物种的LPAAT基因家族进行系统进化分析可知,不同物种中的LPAAT在进化中存在较大差异。基于陆地棉(G. hirsutum)不同发育时期的胚珠RNA-seq数据库和qRT-PCR表达分析,发现LPAAT基因可能对脂肪积累起到积极作用。本研究结果有助于了解棉属植物LPAAT基因家族的功能,以期从中选取较好的LPAAT基因进行进一步功能验证。     

大豆miR-171基因家族的进化与功能分析

运用生物信息学方法在miRBase搜索大豆miR-171(gma-miR-171)基因家族的序列,分析gma-miR-171序列的进化特征并预测其靶基因。结果表明,在miRBase中共搜索到21条gma-miR-171基因家族序列。序列分析发现,gma-miR-171基因家族序列保守性较差,只有2个碱基完全保守。对gma-miR-171基因进行定位,21个成员分散在12条染色体上,其中Chr06上gma-miR-171基因最多,共4个。进化分析表明,位于同一条染色体上的gma-miR-171基因没有表现出较近的亲缘关系。靶基因预测获得14个gma-miR-171基因家族的靶基因,包括蛋白激酶、磷酸酶、输出蛋白、转录因子等,说明gma-miR-171基因家族在大豆中具有广泛的调控功能。