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。     

番茄TCP基因家族全基因组鉴定和分析

TCP基因家族是与植物有关的转录因子家族,它对植物的生长和发育有重要作用。为了揭示番茄TCP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄TCP转录因子家族。结果表明,番茄TCP基因家族共有36个成员;进化分析表明,TCP基因家族可分为2组:ClassⅠ和ClassⅡ,ClassⅡ又可以分成CIN和CYC/TB1两个小组;基因结构分析表明,家族成员有1~3个外显子构成;序列分析表明这些家族成员都含有高度保守的b HLH结构域,有的还含有R结构域。这些结果有助于今后揭示番茄TCP基因家族成员的功能。     

毛竹TCP基因家族全基因组鉴定与分析

TCP蛋白是植物特有的一类转录因子,在植物生长、发育、信号转导以及生理生化刺激响应等方面具有重要功能。毛竹(Phyllostachys edulis)是世界上生长速度最快的植物之一,在中国具有重要的经济、生态和社会价值。为了解TCP基因家族在毛竹基因组中的数量和表达,本研究利用生物信息学方法对毛竹TCP基因家族进行全面概述,包括基因结构、进化关系、保守结构域和表达模式等。结果显示,毛竹基因组中含有19个基因编码TCP转录因子,依次命名为Phe TCP1-Phe TCP19,蛋白质大小为100～406 aa,等电点为4.85～10.70,均是疏水性蛋白;PheTCPs基因结构较为简单,大部分不含内含子;发现所有PheTCPs转录因子具有高度保守的TCP结构域;19个PheTCPs隶属于2个组:ClassⅠ和ClassⅡ,ClassⅡ进一步划分为CIN、CYC/TB1两个亚类。表达模式分析表明,19个PheTCPs在毛竹不同笋和花发育时期中的表达差异明显。本研究为进一步探索毛竹TCP基因家族各成员的功能提供一定的理论基础。     

烟草BRANCHED1-Like基因的克隆及表达分析

TCP基因家族CYC/TB1簇中成员BRC1在调控植物侧枝发育的过程中发挥重要作用。本研究利用电子克隆的策略结合RT-PCR方法从普通烟草（Nicotiana tabacum）中克隆到4个NtBRC1-Like基因,分别命名为NtBRC1-Like1、2、3和4。4条基因的CDS序列长度分别为1140、1062、987和1041bp,分别编码由379、353、328和346个氨基酸组成的蛋白,这4个蛋白与CYC/TB1簇中其它成员具有较高同源性。蛋白质保守结构域分析表明,4个NtBRC1-Like基因编码蛋白除具有TCP核心结构域外,还具有CYC/TB1簇蛋白特有的R结构域。系统进化树分析表明,NtBRC1-Like蛋白都是TCP家族CYC/TB1簇中的成员,且4个NtBRC1-Like蛋白可以被分成两组,NtBRC1-Like1和4为一组,NtBRC1-Like2和3为另一组。荧光定量PCR分析发现,4条烟草NtBRC1-Like基因的表达呈现明显的组织特异性,且其表达模式可分为两种：NtBRC1-Like1和4的表达模式相似,在腋芽中有极高的表达;NtBRC1-Like2和3的表达模式十分相像,在叶和腋芽中的表达量都显著高于其它组织。推测烟草BRC1基因可能存在类似番茄BRC1基因在功能上保守与进化的情况。     

茄子TCP基因家族全基因组的鉴定与分析

TCP (teosinte branched1/cincinnata/proliferating cell factor)转录因子是植物特有转录因子家族,在植物整个生长发育过程中都有着很重要作用。目前,在茄子(Solanum melongena L.)中还没有关于TCP转录因子的相关报道。本研究利用生物信息学方法在茄子基因组数据库中鉴定出分布于11条染色体上的29个茄子TCP家族基因(eggplant TCP,SmTCP)。研究结果显示,该家族所有成员均含有编码TCP保守结构域的序列。这些成员氨基酸长度范围为201–538 aa,外显子数为1或2。亚细胞定位显示,有3个SmTCP (SmTCP02/03/21)蛋白位于细胞质中,其他SmTCP蛋白都位于细胞核中。系统发育树和序列特征分析均将29个SmTCP基因分成ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CIN和CYC/TB1)两大类。共线性分析发现,17对(21个)SmTCP基因存在共线性关系,且这些存在共线性关系的基因都属于片段复制。基因表达模式分析显示,29个SmTCP基因家族成员在15个组织或器官中都有表达,但是不同成员的表达模式存在差异,其中CIN亚家族的4个基因(SmTCP18/19/20/25)在3个不同生长期的叶片中均较高表达。SmTCP启动子区域的顺式作用元件分析共发现4类顺式作用元件。本研究从多个角度分析了SmTCP基因分子基础,研究了TCP转录因子对茄子生长发育的影响,为茄子分子育种提供理论参考。     

百脉根LjCYC1基因克隆及其蛋白核定位

通过筛选百脉根(Lotus 7aponicus)基因组文库,克隆了LjCYC1(Lotus japonicus Cycloidea-like1)基因.L7CYC1是金鱼草(Antirrhium)CYC (Cycloidea)基因的同源基因,CYC属于TCP[TBl(teosinte branchedl),CYC,PCFs(PCFl and PCF2)]基因家族,编码转录调控子控制金鱼草花的对称性.基因组序列分析表明,LjCYC1的开放阅读框(ORF)由两个外显子和一个内含子组成,其cDNA编码的LjCYC1蛋白包含了370个氨基酸.蛋白序列分析显示,LjCYC1包含一个TCP结构域和一个R结构域,属于TCP结构域蛋白家族的CYC/TBl亚家族;LjCYCl氨基酸序列与CYC相比,一致性和相似性分别为39.0%和42.6%.不同长度的LjCYCl-cDNA与报告基因GUS融合后,通过粒子轰击(particle bombardment)方法在洋葱表皮细胞瞬时表达融合蛋白,观察到包含了TCP结构域的融合蛋白能够进行细胞核定位,提示LjCYCl可能作为转录因子行使功能;TCP结构域自身不能完成核定位过程,还需要结构域两侧旁邻氨基酸序列的协助.     

桃WRKY基因家族全基因组鉴定和表达分析

WRKY转录因子是植物中最大的转录调控家族之一,在生物和非生物胁迫以及植物生长和发育过程中起着重要调控作用.本文利用HMMER 3.0软件,使用WRKY保守域全蛋白序列(Pfam数据库编号:PF03106)鉴定桃(Prunus persica L.)基因组中的WRKY基因;利用DNAMAN 5.0,WebLogo 3,MEGA5.1,MapInspect和MEME等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析.本文共鉴定得到61个桃WRKY基因.进化树分析结果显示,桃WRKY蛋白分为Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类型,类型Ⅰ分为Ⅰ-C亚组和Ⅰ-N亚组,类型Ⅱ分为Ⅱ-a,II-b,II-c,II-d和II-e亚组.WRKY结构域分析显示,WRKY结构域高度保守,绝大多数都含有WRKYGQK七肽和锌指结构.染色体定位分析显示,桃WRKY基因分布于8条染色体中,呈不均匀分布.内含子和外显子结构分析表明,WRKY基因结构进化高度保守.保守元件分析表明,桃WRKY基因家族包含5个保守元件,元件1,2和3为WRKY盒,元件4,5为未知盒.桃WRKY基因家族都包含有WRKY盒,类型Ⅰ中含有2个WRKY盒;II-d亚组中含有未知元件5.半定量和荧光定量PCR结果显示,16个WRKY基因均在桃的根,茎,叶,花和果中表达,但其相对表达水平不同.     

百脉根LjCYCl基因克隆及其蛋白核定位

通过筛选百脉根(Lotus japonicus)基因组文库,克隆了LjCYCl(Lotus japonicus Cvcloidea-likel基因。LjCYCl是金鱼草(Antirrhium)CYC(Cycloidea)基因的同源基因,CYC属于TCP[TBl(teosinte branched 1),CYC,PCFs(PCF1 and PCF2)]基因家族,编码转录调控子控制金鱼草花的对称性。基因组序列分析表明,LjCYCl的开放阅读框(ORF)由两个外显子和一个内含子组成,其cDNA编码的LjCYCl蛋白包含了370个氨基酸。蛋白序列分析显示,LjCYCl包含一个TCP结构域和一个R结构域,属于TCP结构域蛋白家族的CYC／TBl亚家族;LjCYCl氨基酸序列与CYC相比,一致性和相似性分别为39．0％和42．6％。不同长度的LjCYCl-cDNA与报告基因GUS融合后,通过粒子轰击(particle bombardment)方法在洋葱表皮细胞瞬时表达融合蛋白,观察到包含了TCP结构域的融合蛋白能够进行细胞核定位,提示LjCYCl可能作为转录因子行使功能;TCP结构域自身不能完成核定位过程,还需要结构域两侧旁邻氨基酸序列的协助。     

辣椒疫霉MAPK基因家族的鉴定及生物信息学分析

[目的]筛选鉴定辣椒疫霉MAPK基因家族的成员,探讨其基因结构、功能域分布和进化关系。[方法]以辣椒疫霉基因组数据库为平台,搜索MAPK家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构、蛋白功能域及系统进化进行分析。[结果]辣椒疫霉MAPK家族包含16个基因,且在基因组中随机分布,每个基因都含有高度保守的激酶结构域;其中5个不含内含子,4个为非典型磷酸化唇序列,3个含有PH、WW、EF-H等与细胞信号转导相关的功能域;在进化关系上,辣椒疫霉MAPK较真菌相对独立。[结论]首次对辣椒疫霉MAPK基因家族进行鉴定和生物信息学分析,该家族共有16个成员,含有激酶结构域、磷酸化唇序列及信号转导相关蛋白功能域,进化上独立于真菌。     

玉米中Class Ⅰ和Class ⅡNAS蛋白之间的BiFC互作研究

烟草胺合成酶（nicotianamine synthase,NAS）能够催化合成植物体内铁运输所需的螯合物烟草胺（nicotianamine,NA）,在植物维持铁稳态方面发挥重要的作用。玉米、小麦和大麦等禾本科植物的NAS蛋白进化为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,可能分别参与调节铁的吸收和运输,其家族成员之间蛋白序列同源性较高,ClassⅡNAS具有特异的N端可变结构域。通过进化分析分析玉米NAS的两个亚家族,以及建模预测两类亚家族代表基因ZmNAS1(ClassⅠ)和ZmNAS3(ClassⅡ)的蛋白结构,结果表明ZmNAS1和ZmNAS3的三维结构高度相似,推测可能通过同源或异源二聚体化发挥功能;进一步通过双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation,BiFC）分析ZmNAS1和ZmNAS3的相互作用,结果表明,ZmNAS1和ZmNAS3蛋白可以互作,删除N端可变结构域的ZmNAS3?N只能与ZmNAS3蛋白互作而不与ZmNAS1互作,推测ZmNAS可以形成同源二聚体,而形成异源二聚体需要ClassⅡ家族蛋白的N端可变结构域...     

甜瓜WRKY转录因子家族基因生物信息学分析

WRKY转录因子是一类重要的调控分子,在高等植物中以基因家族的形式存在。本研究以甜瓜(Cucumis melo L.)基因组数据为材料,利用生物信息学手段对WRKY转录因子家族成员、系统进化、基因分类、保守基序(motif)的保守性进行预测和分析。研究表明,甜瓜WRKY家族包含61个基因,其中13个含有2个WRKY结构域和C_2H_2锌指型结构归为第Ⅰ类,43个含有1个WRKY结构域和C_2H_2锌指型结构的归为第Ⅱ类,5个含有1个WRKY结构域和C2HC锌指型结构的归为第Ⅲ类。     

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。     

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...     

烟草TCP家族成员鉴定及表达分析

TCP家族作为植物特有的转录因子,在植物发育的不同方面发挥着重要作用。为筛选烟草中TCP家族成员,本研究通过全基因组同源比对,鉴定烟草与拟南芥TCP家族同源序列。利用生物信息学的方法分析其理化性质、系统进化关系、顺式作用元件等;筛选AtTCP3/AtTCP4的同源基因,并利用RT-qPCR检测在20% PEG6000处理下的基因表达量变化。结果表明烟草中含有TCP家族成员63个,其氨基酸序列长度范围为89−596 aa,蛋白亲水性(grand average of hydropathicity, GRAVY)范围为−1.147−0.125,等电点(isoelectric point, pI)范围为4.42−9.94,内含子个数为0−3,亚细胞定位均位于细胞核。保守结构域和系统进化关系分析结果表明,烟草TCP家族可分为PCF、CIN和CYC/TB1这3个亚家族且每个亚家族具有稳定序列。基因启动子区顺式作用元件结果表明,TCP家族基因含有低温顺式作用元件(LTR)及多种胁迫及代谢调控相关的元件(MYB、MYC)等顺式作用元件。基因表达模式分析表明,AtTCP3/AtTCP4同源基因(NtTCP6、NtTCP28、NtTCP30、NtTCP33、NtTCP42、NtTCP57和NtTCP63)在20% PEG6000处理下表达量显著上调表达/下调表达,并发现NtTCP30和NtTCP57基因对干旱胁迫响应较为明显。研究结果剖析了烟草基因组中的TCP家族,为烟草抗旱基因功能研究及品种培育提供了候选基因。     

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。     

玉米SAUR基因家族的鉴定与生物信息学分析

为研究玉米早期应答生长素基因SAUR(Small auxin-up RNA)家族,本研究采用全基因组信息鉴定出91个玉米SAUR基因,命名为ZmSAUR。SAUR家族成员基因结构、氨基酸特点、染色体定位及基因进化分析表明,SAUR基因家族在染色体上呈现不均匀分布,其中2号染色体上数量最多为22个,基因的扩增模式为分散复制与片段复制。SAUR基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的Rna DNA结构,SAUR蛋白的3D结构含有3个α螺旋和3个β折叠。根据多物种SAUR蛋白进化树分析将其分为9个分支,并分析发现玉米与物种相近的谷子聚在一起。这些信息为玉米SAUR基因家族功能分析奠定了一定的工作基础。     

大头蛙4个Dmrt基因DM保守区的序列分析

Dm rt基因家族是新近发现的一个与性别决定相关的基因家族。该家族成员编码的蛋白质都含有一个具有DNA结合能力的保守基序?DM结构域,在性别决定和分化发育的调控中担负重要的功能。采用简并PCR技术扩增了大头蛙Dm rt基因的DM结构域,经序列分析,获得了Dm rt基因家族的4个成员LfDm rt1a,LfDm-rt1b,LfDm rt3,LfDm rt5。与其它动物相关的Dm rt基因进行氨基酸序列聚类分析,结果表明,不同进化地位动物的Dm rt基因DM域编码序列存在高度的同源性,显示Dm rt基因在系统进化上高度保守,序列上的相似性可能暗示它们在功能上的保守性。     

马铃薯GRF基因家族的鉴定和表达模式分析

生长调节因子(growth-regulating factor, GRF)家族基因编码植物特有的转录因子,在植物生长发育和胁迫响应等许多生物学过程中发挥重要调节作用。本研究利用生物信息学方法全面鉴定了马铃薯(Solanum tuberosum)GRF基因家族,并分析了其表达模式。在马铃薯基因组中共发现了12个GRF家族基因(StGRF1～StGRF12),其编码的蛋白均含有QLQ结构域和WRC结构域;StGRF基因分布在马铃薯的9条染色体上,染色体片段复制可能导致了该家族基因在马铃薯基因组中的扩张;系统进化分析显示,StGRF可以分为5组,同组的基因成员具有相似的基因结构,且其编码的蛋白具有相似的保守结构域分布;StGRF成员启动子区域存在丰富的激素和胁迫响应相关元件;表达模式分析显示,StGRF在马铃薯不同发育时期及各个组织中呈现出多样化的表达特征,这说明不同成员可能在马铃薯生长发育过程中发挥特异的调控作用。以上结果可为进一步探索StGRF的功能提供一定基础。     

毛果杨NLP基因家族生物信息学分析与鉴定

NLP基因家族是一类特殊的转录因子,豆科植物根瘤的形成依赖于该基因家族的存在,在非豆科植物中具有调节植物硝酸盐吸收以及同化的功能。通过对毛果杨(Populus trichocarpa)基因组的生物信息学分析,共鉴定出14个毛果杨NLP基因家族成员,这些成员具有低亲水性的特点,基因结构保守,都含有RWP-RK以及PB1两个保守结构域。通过细胞定位预测,所有成员都定位在细胞核中。直系同源与旁系同源进化分析显示,NLP基因家族成员在漫长的进化过程中经历了严格的选择。染色体定位分析表明,毛果杨NLP基因家族成员坐落在毛果杨9条染色体之上,成员数量的扩增来自于杨柳科染色体自身的扩增事件。芯片数据分析结果显示,NLP基因家族成员在嫩叶,根和雄花中表达,部分基因在木质部以及种子萌发过程之中表达,但所有成员均不在成熟叶片中表达。