真菌中锌簇蛋白的结构和功能

锌簇家族蛋白即Zn₂Cys₆类锌指蛋白,是真菌中特有的一类蛋白,它们属于转录因子类,广泛参与真菌中初级和次级代谢、胁迫应答和细胞分裂等生命活动的调控。锌簇蛋白主要包括N端的DNA结合结构域、中间的调节结构域和C端的酸性区域,其中DNA结合结构域包含锌指基序并负责结合靶基因的启动子。目前已经解析了多个锌簇家族转录因子DNA结合结构域的三维结构,并发现该家族中一些蛋白能够参与调控多个基因的表达,但缺乏对其结构、动力学和功能关系的全面分析。本文综合分析了不同锌簇蛋白与DNA结合的结构特征,总结其结构域与功能的关系,指出锌簇蛋白研究的重要方向,旨在为锌簇家族蛋白的深入研究提供思路。     

杨树MYB转录因子家族基因应答盐胁迫表达特性分析

MYB转录因子家族是植物中数量最多的转录因子家族之一,在植物次生代谢调节、信号转导和抗逆等生物过程起重要作用。根据MYB转录因子结构域组成差异可分4个亚家族：即1R-MYB（MYB-relaed）、R2R3-MYB、3R-MYB和4R-MYB。其中,R2R3-MYB亚家族数量最多,可进一步分为22个亚组;利用生物信息学分析杨树MYB转录因子蛋白序列的保守结构域、系统发生、基因组定位、氨基酸组成和理化性质等;参照拟南芥MYB转录因子功能,预测杨树MYB转录因子功能;基于84K杨转录组测序和RT-qPCR分析,从301个杨树MYB转录因子基因中筛选出69个应答盐胁迫基因（P≤0.05）。其中,上调表达基因32个,下调表达基因37个。该研究可为进一步研究杨树MYB家族基因功能提供参考依据。     

Dof转录因子在植物中的调控作用

DNA binding with one finger(Dof)蛋白是植物中特有的一类转录因子,自1993年在玉米中发现该转录因子到如今已有26年的历史。Dof蛋白只有一个由52个氨基酸组成的单锌指保守结构域,该结构域包含4个保守的半胱氨酸残基和一个二价锌离子,这两者都是Dof转录因子重要的组成部分,二者缺一不可,若半胱氨酸发生突变,或存在其他二价离子螯合剂都将会影响锌指结构的生成,进而使Dof蛋白不能与DNA结合,导致其丧失活性。半胱氨酸残基和Zn2+可以共价结合构成CX2CX21CX2C基序,此基序能够特异识别启动子中的AAAG(或CTTT)序列,从而激活或抑制靶基因的表达。Dof蛋白C-末端氨基酸序列的多变性导致该转录因子进化的多样性,从而在植物的生长发育过程中发挥着不同且重要的功能,如种子萌发、维管的发育和叶片极性、花和花粉发育、光周期反应、参与碳和氮的代谢、合成次生代谢产物、植物的逆境响应过程等。围绕着Dof转录因子的结构、系统进化关系、motif的组成和在植物中发挥的功能展开综述,以期为后续Dof转录因子的研究奠定相应的理论基础。     

木屑处理迷宫栓孔菌Zn(II)-Cys(6)转录因子差异表达分析

Zn(II)-Cys(6)蛋白是一类仅存在于真菌中的锌指转录因子,其在迷宫栓孔菌(曾用名“偏肿革裥菌”) Trametes gibbosa中的相关研究较少。本研究对木屑处理后的迷宫栓孔菌进行转录组测序分析,以期挖掘到差异表达的Zn(II)-Cys(6)转录因子,为后续进一步对其功能的分析提供支持。首先,对在木屑处理下的T. gibbosa木质素降解酶进行了酶活检测,确认迷宫栓孔菌能有效降解木质素。之后,用木屑分别处理迷宫栓孔菌0、3、5、7和11 d,提取菌丝总RNA,利用高通量测序技术对这5个菌丝样本进行了转录组测序分析。通过COG、GO、Pfam和Swiss等数据库进行功能注释分析,鉴定出迷宫栓孔菌中全部的Zn(II)-Cys(6)家族转录因子基因,并进一步筛选出7个差异表达基因。进一步又对这7个差异基因的表达及蛋白结构进行了分析,绘制表达趋势热图,同时也对其理化性质,二、三级结构,疏水性等生物学特性进行了预测。通过构建系统发育树、预测Motif序列等初步分析了它们的进化关系及特性。最后,对这7个基因又利用RT-qPCR技术,进一步验证了转录组测序的结果。本研究从转录水平分析并鉴定出在木屑处理条件下迷宫栓孔菌中7个差异表达的Zn(II)-Cys(6)转录因子,研究结果将对后续研究迷宫栓孔菌中Zn(II)-Cys(6)转录因子的功能和表达调控机制有重要的参考价值。     

水稻WRKY转录调控因子研究进展

WRKY转录调控因子是植物中最大的转录调控因子家族之一,包含1或2个大约由60个氨基酸残基组成的高度保守的WRKY结构域。WRKY结构域的N端有严格保守的WRKYGQK氨基酸序列,其C端有锌指结构模型Cys(2)-His(2)或Cys(2)-His Cys。WRKY转录调控因子与靶基因启动子区域的DNA序列(T)TGAC(C/T)(W盒)特异性结合,调节目的基因的表达,在调控植物生长发育、物质代谢、抗病耐逆及氧化衰老过程中起重要作用。我们就有关水稻WRKY转录调控因子的结构分类及其生物学功能的研究进展做简要综述。     

普通烟草LBD基因家族的全基因组序列鉴定与表达分析

LBD是一类具有LOB(lateral organ boundaries)结构域的基因家族,在植物发育过程中起到非常重要的作用。采用生物信息学方法,根据拟南芥LBD基因序列鉴定了普通烟草基因组中的LBD基因,并对家族成员进行了序列特征、系统发育和表达谱分析。结果表明:普通烟草基因组中共有98个LBD基因成员,其基因结构相对简单,一般含有1~3个外显子。LBD基因家族可分成I和II两大类,两类均含有CX_2CX_6CX_3C保守结构域,但II类不含有LX_6LX_3LX_6L形成的"卷曲螺旋"二级结构,根据与拟南芥LBD蛋白构建的系统发育树则可细分成5个亚家族(Ia、Ib、Ic、Id和II)。将LBD基因与表达序列标签(EST)比对,发现36个基因有EST证据;EST、芯片数据和转录组数据分析表明:LBD基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。这些研究结果为普通烟草LBD基因家族功能的深入研究奠定了基础。     

RFX5调控原钙粘蛋白α基因簇的表达

基因的表达调控与基因组在细胞核内的三维空间架构相辅相成,原钙粘蛋白(protocadherin, Pcdh)基因簇在大脑发育中起到关键作用,可以作为研究基因表达调控机制的模式基因。转录因子RFX5 (regulatory factor x 5)是翼螺旋家族(winged HLH family)的成员,其蛋白由寡聚化结构域、DNA结合域、螺旋结构域和激活域组成,在调控免疫系统的主要组织相容性复合物II类(major histocompatibility complex class II, MHC II)的表达中起着至关重要的作用。本研究发现RFX5与CTCF在全基因组上结合的位点有部分重叠,利用CRISPR/Cas9DNA大片段编辑技术,构建了RFX5基因缺失的HEC-1-B细胞系。通过RNA-seq实验,发现RFX5敲除能够显著升高Pcdhα6、Pcdhα12、Pcdhαc2的表达水平。通过ChIP-nexus实验,发现敲除RFX5导致染色质架构蛋白CTCF和cohesin在原钙粘蛋白α基因簇处的结合增加。最后,染色质构象捕获QHR-4C实验发现Pcdhα6、Pcdhα12启动子与远端增强子HS5-1的染色质远距离相互作用增强。上述研究表明RFX5蛋白可能通过调控染色质高级结构影响原钙粘蛋白α基因簇的表达,为未来进一步探索RFX5的功能提供了参考。     

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。     

玉米MYC基因家族的结构特点和表达模式分析

MYC属于bHLH转录因子家族中的一个亚族.本研究利用生物信息学的方法在玉米(Zea mays)基因组上共鉴定到8个玉米MYC转录因子,并对其理化性质、结构特点、保守结构域、系统进化和组织表达等进行分析.结果表明,玉米MYC理化性质差异较大,每个MYC蛋白均由位于N端的bHLH_MYC_N结构域,位于C端的bHLH结构域和一个亮氨酸拉链结构组成.基因结构分析显示,有4个ZmMYC基因只有1个外显子,其他4个ZmMYC基因包含有2～6个不等的内含子.多序列比对表明玉米MYC转录因子和小麦、水稻的MYC转录因子在保守结构域上具有较高的保守性.顺式作用元件显示在玉米ZmMYC基因的启动子区域存在和生长发育、胁迫应答相关的元件.组织表达模式分析表明玉米MYC基因具有组织表达特异性.本研究为进一步研究玉米MYC转录因子家族的生物学功能提供了科学依据.     

KRAB型锌指蛋白(KZNF)的研究进展

KRAB型锌指蛋白是哺乳动物中最大的转录调控因子家族, 它的多数成员在基因组上成簇分布。其结构特征是N端含有KRAB结构域, C端含有多个C2H2型锌指结构。KRAB结构域为一蛋白质-蛋白质相互作用区, 可以与多种协同转录抑制因子和转录因子结合, 使KRAB型锌指蛋白作为转录因子和/或转录调控因子发挥依赖于DNA结合的转录抑制功能, 在胚胎发育、细胞分化、细胞转化及细胞周期的调控中发挥重要功能。     

芽孢杆菌BS-6基于全基因组数据的分类鉴定及拮抗能力分析

基于全基因组数据,确定芽孢杆菌BS-6的分类地位,验证其对植物病原菌的拮抗作用以及挖掘其潜在的生防功能。通过全基因组中16S rRNA及gyrA基因序列的系统发育分析及基因组分析方法确定芽孢杆菌BS-6的分类地位,通过平板对峙方法研究其对马铃薯枯萎病菌、玉米纹枯病菌和苹果轮纹病菌的拮抗能力;利用antiSMASH软件分析和预测菌株BS-6抑菌物质的相关基因并挖掘其生防潜力。基于16S rRNA及gyrA基因序列的系统发育分析及基因组分析结果,BS-6被鉴定为枯草芽孢杆菌,同时发现BS-6基因组中存在7种芽孢杆菌属重要或特有的次生代谢产物基因簇,4种未知功能的次生代谢产物基因簇,具有良好的抑制真菌生长的能力。枯草芽孢杆菌BS-6具有较强的拮抗植物病原菌的能力及良好的农业应用前景。     

12个物种miR-302基因簇的生物信息学分析

很多microRNA (miRNA)基因在基因组上聚集排列形成miRNA基因簇.miRNA基因簇在进化上较为保守,有其特殊的生物学意义.miR-302基因簇在胚胎干细胞中特异表达,对胚胎干细胞的自我更新和多潜能维持有重要的作用.本文采用miRBase数据库查询和BLAST同源搜索方法共搜寻并分析了12个物种的miR-302基因簇.生物信息学分析表明,这些物种miR-302基因簇均位于LARP7蛋白基因的内含子区,但转录方向与LARP7基因转录方向相反.序列相似性分析显示,同一物种miR-302簇成员间以及不同物种相应miR-302簇成员间相似性均较高.进化分析表明,基因复制可能是miR-302基因簇进化的主要驱动力.     

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。     

基于转录组数据藏波罗花WRKY转录因子鉴定与表达分析

为了解在藏波罗花中转录因子WRKY基因家族的结构和组织特异性表达情况,进而为其特征成分萜类化合物的合成与调控提供一定的借鉴,本研究从藏波罗花的转录组数据中共鉴定出了38个WRKY转录因子,进行生物信息学分析。根据WRKY转录因子保守结构域将38个藏波罗花WRKY转录因子分为三类（Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）,长度为115～623。表达量分析结果表明,有16个转录因子在叶和根中差异表达,其中10个在叶中显著上调,6个在根中显著上调。选取了5条WRKY转录因子进行qRT-PCR验证,结果与转录组数据相一致,表明转录组数据可靠。这些在藏波罗花中不同组织之间的差异WRKY转录因子可能在应对极端环境和介导组织特异性次生代谢产物方面发挥作用,这也为后续探究植物在应对高海拔极端环境和次生代谢产物的合成与积累提供一定的帮助。     

Dof基因家族调节植物生长发育功能的研究进展

Dof（DNA binding with one finger）蛋白是一类植物特异性转录因子,通常含有200～400个氨基酸和2个主要结构域。该家族成员的N 末端为高度保守的单锌指Dof结构域,具有与DNA和蛋白质相互作用的双重功能,其C末端的氨基酸序列则较为多变,是Dof蛋白重要的特异转录调控结构域。研究表明,Dof蛋白作为转录激活物或阻遏物参与了多方面的植物生长发育过程。随着基因组测序技术的发展,已有大量的Dof基因从植物基因组数据库中鉴定出来。该文对近年来国内外有关Dof基因家族的结构特点、全基因组鉴定、蛋白互作以及生物学功能等方面的研究进展进行综述,以期为Dof转录因子的深入研究提供参考。     

苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。     

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。     

毛竹GRF转录因子家族的全基因组鉴定与分析

利用生物信息学方法,于毛竹(Phyllostachys edulis (Carr.) Lehaie)全基因组中鉴定获得18个GRF转录因子,并对其理化特性、保守结构域、系统发育关系、mi R396靶位点以及基因表达模式进行了分析。结果表明,18个Pe GRF蛋白长度为170～551 aa,分子量为18.5～58.8 k D;这些Pe GRF蛋白均具有QLQ和WRC结构域,部分Pe GRF含有FFD和TQL保守结构域。对毛竹、拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh)和水稻(Oryza sativa L.)的系统进化分析结果显示,毛竹18个GRF可分为3个亚类,且单子叶植物毛竹和水稻的GRF转录因子亲缘关系更近。mi R396靶位点预测分析结果发现,在13个Pe GRF基因序列的编码区存在毛竹mi R396结合位点; Pe GRF基因表达模式分析结果显示,Pe GRF主要在毛竹的竹笋中表达。     

拟南芥R2R3-MYB类转录因子在环境胁迫中的作用

MYB转录因子是植物转录因子中最大的家族之一,以含有保守的MYB结构域为共同特征,分为三个亚族（R1／2-MYB、R2R3-MYB和R1R2R3-MYB）,其中含有两个MYB结构域的R2R3-MYB成员最多,广泛参与植物次生代谢调控、细胞形态发生、胁迫应答、分生组织形成及细胞周期控制等。近年来,R2R3-MYB在植物逆境胁迫中的作用引起了广泛关注,本文综述了拟南芥R2R3-MYB蛋白在环境胁迫响应中作用的研究进展。     

一个新的家蚕转录相关锌带蛋白基因的克隆及序列分析

锌带蛋白(zinc ribbon protein )是锌指类蛋白的一种,它的Cys4 Zn(2+)结合位点由3个β₂片层折叠而成,而不是α螺旋结构。锌带结构与锌指结构同为转录因子结合核酸的结构域,锌带蛋白作为转录相关因子在调节基因表达活性等方面具有重要作用。在对家蚕 Bombyx mori蛹cDNA文库测序中,发现一个新的编码家蚕锌带蛋白基因的EST序列（GenBank 登录号DY230964）,以此序列为信息探针检索家蚕EST数据库,通过同源筛选,获得一个新的家蚕锌带蛋白基因cDNA全序列并经RT-PCR检测和克隆、测序验证,结果表明与电子克隆序列完全一致。我们将其命名为 BmZNRD1 (Zinc Ribbon Domain Containing 1)（GenBank登录号DQ432055）。该基因全长为675 bp,由363 bp的开放阅读框序列(ORF)、10 bp的5′端非翻译区序列(5′UTR)和302 bp 的3′端非编码区序列(3′ UTR)组成,其编码的120个氨基酸序列与其他真核生物间具有较高的同源性（达60%左右）,预测分子量为13.54 kD, 等电点为6.8。BmZNRD1编码的氨基酸序列是一种锌带蛋白,推测有2个功能结构域,分别是位于N-端的Cx₂Cx₁₄Cx₂C和C-端的Cx₂Cx₂₄Cx₂C,其中C-端保守氨基酸序列Cx₂Cx₆Yx₃QxRSADEx₂TxFx₂Cx₂C在生物进化中保守性很高,从酵母、果蝇、线虫到两栖类、哺乳类都有发现该结构域的存在,与酵母RNA聚合酶A亚单位9和转录相关蛋白有很高的相似性,推测其具有相同的功能。将BmZNRD1基因cDNA序列与家蚕基因组序列进行比对,结果表明该基因具有3个外显子,2个内含子,外显子/内含子边界符合经典的GT-AG规则。 关键词： 家蚕; 锌带蛋白基因; 电子克隆; 基因克隆; 序列分析