马铃薯WOX基因家族的鉴定及在离体再生和非生物胁迫中的表达分析

【目的】WUSCHE-相关同源盒（WUSCHEL-related homeobox, WOX）基因家族是植物特有的转录因子家族,在植物生长发育、干细胞分化调控、逆境胁迫响应等过程中扮演重要角色。开展马铃薯WOX基因家族鉴定与功能研究,将为马铃薯遗传改良提供优良基因资源与理论依据。【方法】基于拟南芥、番茄、烟草和水稻WOX蛋白序列,利用HMMER 3.0和BLASTP鉴定马铃薯WOX基因家族成员,使用MCScanX软件分析WOX基因家族成员在马铃薯种内及种间的共线性,并采用邻接法构建系统发育进化树。利用ExPASy、GSDS等软件分析马铃薯WOX基因家族成员理化性质、基因结构、蛋白motif、启动子区域转录因子结合位点。基于PGSC数据库中马铃薯转录组数据,分析StWOXs在不同组织和非生物胁迫下的表达模式;以可能参与离体再生过程的StWOX5作为候选基因,利用实时荧光定量PCR技术分析该基因在具有不同离体再生能力的4个马铃薯品种（系）再生过程中的表达情况。【结果】鉴定得到11个马铃薯WOX基因家族成员,分布在5条染色体上,分为WUS、中间和古老共3个进化分支,不同分支中StWOXs基因...     

芥菜WOX基因家族的全基因组鉴定与分析

WUSCHEL相关-同源盒(WUSCHEL related-homeobox, WOX)基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程中发挥重要作用。本研究利用芥菜(Brassica juncea)基因组数据,通过HUMMER、Smart等软件进行检索筛选,共鉴定出51个WOX基因家族成员。利用Expasy在线软件对这些家族成员的蛋白质分子量、氨基酸序列长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对芥菜WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将芥菜WOX基因家族分为古老支、中间支和WUS支/现代支3个亚家族。结构分析表明,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,而不同亚家族之间呈现一定的多样性。51个WOX基因不均匀分布于芥菜18条染色体上,这些基因的启动子大多含有响应光、激素和非生物逆境胁迫相关的顺式作用元件。利用转录组数据和实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qRT-PCR)分析发现,芥菜WOX基因的表达具有时空特异性,其中B...     

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。     

菜粉蝶osiris基因家族鉴定与发育动态

osiris基因家族是昆虫特异性基因,迄今尚未在昆虫纲以外的物种中发现同源基因。本研究利用菜粉蝶转录组数据,鉴定了菜粉蝶16个osiris基因家族成员,分属11个亚家族。通过与菜粉蝶基因组比对,发现菜粉蝶osiris基因均为断裂基因,外显子数量为3-15个;通过结构域分析,发现菜粉蝶Osiris完整编码蛋白含有信号肽和一个未知功能结构域DUF1676,且多数Osiris蛋白含跨膜结构域。系统发育分析表明,osiris基因家族成员与其他昆虫种类相应成员更似直系同源,而非种内基因扩张,再次验证了osiris基因是在昆虫物种分化之前就已形成的多基因家族。发育转录组基因表达分析表明,osiris家族不同成员表达量在不同发育阶段趋势几乎完全一致,多在菜粉蝶1龄幼虫和5龄幼虫高表达,卵期、蛹期与成虫期低表达,预示着osiris基因家族不同成员转录调控机制的相似性与发育的相关性。     

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。     

毛果杨nsLTP基因家族全基因组水平鉴定及其表达特性分析

植物非特异性脂质转移蛋白（non-specific lipid transfer proteins,nsLTP）是一类多基因家族编码碱性蛋白,负责脂肪酸体外结和与膜之间的磷脂转移,在植物生长发育和逆境胁迫响应中扮演着重要角色。目前为止,尚无模式植物毛果杨（Populus trichocarpa）nsLTP家族的研究报导。本研究从全基因组水平对PtrnsLTP家族成员的基因数量、亲缘关系、基因结构、编码蛋白保守基序等特性进行了分析,结果表明：PtrnsLTP家族共由39个基因组成,进化成5个亚家族,其中A亚族含有6个基因、B亚族含有2个、C亚族含有13个、D亚族含有3个、E亚族含有15个。PtrnsLTP家族包含7对旁系同源基因,其中1对大于1,6对Ka/Ks均远小于1,且这6对基因均处于同一个大的进化分支上,进化压力的不同导致基因间的功能出现了分化,编码蛋白均含有Motif 1和 Motif 2保守基序。利用qRT-PCR技术并结合杨树转录组数据对PtrnsLTP的组织表达与盐胁迫响应特性研究发现：各家族成员在毛果杨根、茎和叶中均有表达且经qRT-PCR技术验证后与网站预测结果基本吻合,有11、15和13个成员分别在根、茎和叶中有较高的表达,表明该基因家族参与了杨树不同组织的生长发育;NaCl胁迫下,该家族39个基因中分别有26个成员在根部、14个成员在叶部表达量随着胁迫时间的增加而升高,而32个基因在茎部表现为先升高后降低的趋势。本研究结果对于PtrnsLTP家族基因生物学功能的鉴定与盐胁迫响应基因资源的工作有着积极的推动作用。     

WOX家族基因调控植物生长发育和非生物胁迫响应的研究进展

WOX(WUSCHEL-related homeobox)家族是植物特有的一类转录因子家族,其含有由65-66个氨基酸残基组成的同源异型结构域（Homeodomain,HD）。植物WOX家族成员通过在转录水平上调控靶基因表达,从而参与植物的生长发育和对非生物胁迫的响应等重要生物过程。综述了植物WOX家族成员的分类、结构特征,重点介绍了其在植物生长发育（根、茎、叶、花、果实、种子、胚胎）的调控及植物响应非生物（干旱、盐、冷）胁迫方面的功能研究进展,并对研究WOX转录因子的意义及有待解决的问题进行了展望,旨在为进一步研究WOX家族基因的功能提供参考。     

毛果杨GATA基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

GATA转录因子基因家族在植物生长发育、细胞分化以及响应环境变化中具有重要作用。然而,目前在木本植物中尚无该基因家族全基因组水平的分析报导。本项研究从基因组水平对毛果杨GATA家族成员的数量、基因结构、染色体定位、系统进化、编码蛋白的理化特征和保守基序等信息进行了系统分析,结果表明,毛果杨GATA家族包含39个基因,共分布于15条染色体上,其中5号染色体上含有6个基因,9号、13号和19号染色体含有基因数量为1,其余染色上无基因分布。该家族各基因的结构与编码蛋白的基本特性均存在一定异性,可分成4个亚族。qRT-PCR研究表明,GATA家族各基因在不同发育阶段的茎部表达量存在明显差异,且盐胁迫对各基因的表达特性影响显著。以上结果表明,毛果杨GATA家族基因在复制后,基因的结构与功能产生了明显分化,其中部分基因在毛果杨次生生长与盐胁迫响应中可能具有重要作用。本项研究为全面解析毛果杨GATA家族各成员在其生长发育与盐胁迫响应中的生物学功能奠定了基础。     

杨树MIR169基因家族分子进化分析

MicroRNA(miRNA)是真核生物中普遍存在的一类参与基因表达调控的小分子RNA。ptc-MIR169基因家族有33个成员, 是杨树中规模最大的miRNA基因家族。研究MIR169基因家族的进化对揭示杨树miRNA基因的进化机制具有重要的意义。文章对毛果杨MIR169基因家族的分子系统发育、基因倍增模式、表达分化和靶基因进行了分析。结果表明, 染色体大片段重复和串联重复在毛果杨MIR169基因家族扩张中均具有重要作用; MIR169基因家族在表达方式上已经出现了较大的分化; MIR169基因家族可能在杨树中已经形成了复杂的调控网络, 对杨树的生长发育和适应性等具有重要的调控作用。文章为杨树及杨柳科相关植物中miRNA基因家族的分子进化研究提供了参考。     

毛果杨CNGC家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

植物环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated channels,CNGC）家族具有多种生物学功能,尤其是在植物的生长发育及逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究通过生物信息学方法及qRT-PCR对PtrCNGC家族成员蛋白的基本理化性质与结构特征、系统发育、基因结构和保守基序、启动子顺式作用元件,以及基因表达模式进行分析。结果表明：在毛果杨（Populus trichocarpa）全基因组中共鉴定出19个PtrCNGC基因,PtrCNGC家族成员可分为4个亚群（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ亚群）,其中第Ⅳ亚群分为2个亚组（Ⅳa组和Ⅳb组）。PtrCNGC基因编码的蛋白均为碱性蛋白,此外,该家族仅有1个成员为疏水性蛋白,其余成员全部为亲水性蛋白。19个PtrCNGC不均匀地分布于毛果杨的11条染色体上,剩余8条染色体上没有成员分布。PtrCNGC家族包含7对同源基因且它们之间的K_a/K_s值均远小于1。PtrCNGC家族各亚群成员之间的基因结构、蛋白保守基序分布差异较小。启动子顺式作用元件预测分析发现,PtrCNGC基因序列启动子区域存在响应多种激素以及逆境胁迫相关的作用元件。qRT-PCR结果表明,PtrCNGC家族在不同组织中的表达具有特异性,在茎中的表达量较高,在根和叶中的表达量较低;在盐胁迫和干旱胁迫下,PtrCNGC家族同一分支上的多数成员表现出相似的表达模式。本研究结果为进一步研究毛果杨CNGC家族在非生物胁迫中的功能提供参考。     

84K杨4CL3/4CL5基因克隆及生物信息学分析

木质素是木材的重要组成成分,主要起机械支持、水分运输及防御病虫害等作用。4CL酶是控制木质素合成途径中的关键酶之一。利用PCR技术从84K杨幼叶cDNA中克隆得到Pag4CL3/4CL5基因,GenBank 登录号分别为MK183033（Pag4CL3）及MK183034（Pag4CL5）。利用生物信息学软件,对这两个基因的功能和特征进行分析。结果发现84K杨中4CL3/4CL5蛋白与毛果杨中4CL3/4CL5蛋白相似度高达97%;此外,均含有SSGTTGLPKGV和GEICIRG两个保守基序;亚细胞定位预测显示Pag4CL3/4CL5蛋白主要定位在内质网中,推测可能是一种膜蛋白;蛋白的亲水性预测Pag4CL3/4CL5均为亲水性蛋白。通过qRT-PCR分析Pag4CL3/4CL5在不同组织部位中的表达差异,结果发现Pag4CL3在叶及茎中表达量较高,在根和顶芽中表达量较低;Pag4CL5在叶及根中表达量较高,在茎和顶芽中表达量较低,两个同源基因表达具有组织部位的差异性。Pag4CL3和Pag4CL5可能在叶中共同行使功能,Pag4CL5主要在根中行使功能,Pag4CL3主要在茎中行使功能。     

Comprehensive expression analysis of rice phospholipase D gene family during abiotic stresses and development

Phospholipase D is one of the crucial enzymes involved in lipid mediated signaling, triggered during various developmental and physiological processes. Different members of PLD gene family have been known to be induced under different abiotic stresses and during developmental processes in various plant species. In this report, we are presenting a detailed microarray based expression analysis and expression profiles of entire set of PLD genes in rice genome, under three abiotic stresses (salt, cold and drought) and different developmental stages (3-vegetative stages and 11-reproductive stages). Seven and nine PLD genes were identified, which were expressed differentially under abiotic stresses and during reproductive developmental stages, respectively. PLD genes, which were expressed significantly under abiotic stresses exhibited an overlapping expression pattern and were also differentially expressed during developmental stages. Moreover, expression pattern for a set of stress induced genes was validated by real time PCR and it supported the microarray expression data. These findings emphasize the role of PLDs in abiotic stress signaling and development in rice. In addition, expression profiling for duplicated PLD genes revealed a functional divergence between the duplicated genes and signify the role of gene duplication in the evolution of this gene family in rice. This expressional study will provide an important platform in future for the functional characterization of PLDs in crop plants.     

大麦NF-YC基因鉴定及在盐胁迫下的表达分析

核因子Y (NF-Y)是由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个亚基组成的一类真核细胞转录因子,主要参与植物生长发育调控和非生物胁迫信号传递。该研究利用生物信息学方法解析了大麦(Hordeum vulgare) NF-YC基因家族功能。首先,基于大麦基因组数据库鉴定出11个HvNF-YC成员,分布在除第2号染色体以外的其余6条染色体上,内含子0–5个。系统进化分析显示,大麦、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa) NF-YC基因家族成员可分为5个亚家族。基因复制分析显示, 6个HvNF-YC基因存在片段复制,3个HvNF-YC基因存在串联复制。启动子顺式作用元件分析显示,大多数HvNF-YC基因启动子含有与非生物胁迫及激素响应相关的顺式作用元件。对HvNF-YC家族成员在不同组织不同时期的表达模式分析表明,不同成员的时空表达存在明显差异,其中HvNF-YC9和HvNF-YC11可能在籽粒发育初期发挥重要作用。通过分析耐盐型和盐敏感型大麦品种根和叶中HvNF-YC表达量变化,发现HvNF-YC3、HvNF-YC6和HvNF-YC10主要在盐胁...     

Three polyphenol oxidases from hybrid poplar are differentially expressed during development and after wounding and elicitor treatment

The expression of three polyphenol oxidase (PPO; EC 1.10.3.1) genes was investigated in hybrid poplar ( Populus trichocarpa  ×  P. deltoides ). PtdPPO1 was previously isolated as a wound- and herbivore-inducible PPO (Constabel et al. Plant Physiol 124: 285–295, 2000), whereas PtdPPO2 and PtdPPO3 are two novel hybrid poplar PPO genes isolated from stem and root tissue, respectively. Sequence analysis revealed that the three PPOs were 60–66% identical at the amino acid level. Using gene-specific probes, the expression patterns of the three PPOs was investigated in various organs at different developmental stages. Under normal growing conditions, PtdPPO1 mRNA was absent from all organs tested, while PtdPPO2 was found to be expressed in mid-veins, petioles, stems and roots. PtdPPO3 was expressed only in roots. PtdPPO1 and PtdPPO2 were induced by mechanical wounding and methyl jasmonate, but in different tissues. Overall, the expression patterns suggest that the three PPO genes may have specialized physiological functions in hybrid poplar.     

木霉诱导下山新杨PodaPIN9基因的组织表达调控

PIN蛋白具有多个跨膜结构域,影响着高等植物生长素的外向运输和众多生长发育过程。木霉菌是能促进植物生长、提高其对多种病害防御作用的生防因子。研究木霉菌对木本植物山新杨生长素的极性分布的影响有重要意义。克隆了山新杨PodaPIN9基因,对其核酸和蛋白序列进行分析;同时,构建的进化树显示PodaPIN9与6个物种的9条PIN基因具有高度一致性（>80%）。qRT-PCR分析表明,PodaPIN9在山新杨茎尖、成熟叶和根中均有表达。在根中表达量极低;在茎尖和叶中的表达量极高,分别是根中的503和346倍。该基因受木霉影响在茎尖和叶中的表达量均显著下调;而根中的表达量显著上调,达到对照的32.01倍。并发现根际接种木霉48 h会使杨树茎尖、叶和根中生长素含量降低。说明木霉菌能影响杨树茎尖、叶和根中IAA水平及PodaPIN9的表达量。并且Pearson相关性分析表明在茎尖、叶和根中,PodaPIN9表达量与IAA水平具有不同的相关性。     

小黑杨HD-Zip转录因子家族生物信息学及应答盐胁迫分析

HD-Zip转录因子基因是植物中特有的一类蛋白家族,在植物生长发育和逆境应答胁迫过程中发挥重要作用。HD-Zip转录因子基因是由高度保守的同源异型结构域（HD）和亮氨酸拉链域（LZ）结构域构成的特殊结构模型。杨树HD-Zip转录因子家族共有63个基因,可被分为HD-ZipⅠ、HD-ZipⅡ、HD-ZipⅢ和HD-ZipⅣ四个亚家族。本文利用RNA-Seq分析了盐胁迫条件下HD-Zip基因家族在小黑杨根、茎、叶等不同组织的基因表达差异,从转录组水平揭示其应答胁迫环境的分子机制,结果表明,盐胁迫下在叶中有25个HD-Zip基因下调表达,21个基因上调表达;茎中有42个基因下调表达,11个基因上调表达;根中有26个基因下调表达,24个基因上调表达。另外,本文根据拟南芥HD-Zip转录因子家族基因的已知功能,预测了杨树HD-Zip转录因子同源基因的功能,并利用生物信息学方法分析了杨树HD-Zip转录因子蛋白序列的保守结构域、氨基酸组成和理化性质等,为进一步研究杨树HD-Zip转录因子基因功能提供参考。