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。     

青枯劳尔氏菌多基因家族III型效应蛋白在植物病害发展及防御系统中的作用

青枯劳尔氏菌是导致多种重要经济作物毁灭性枯萎（bacterial wilt）的一种土传病害,严重危害热带和亚热带地区食品安全。该细菌通过III型分泌系统（T3SS）向寄主细胞注射大量效应蛋白（T3Es）。效应蛋白是把双刃剑,既可诱导植物感病,又能激活植物防御系统。具有特殊重复结构的效应蛋白被归类成多基因家族,各家族成员协同致病,但其分子机制尚不清楚。本文围绕近年来有关多基因家族效应蛋白结构、功能和致病性等方面最新进展进行综述,为青枯菌致病机理和病害防治提供新思路。     

大豆蛋白编码基因起源与进化

物种基因组成是一个高度动态的进化过程, 其中相对较近起源的种系和物种特异性基因会持续整合到包含古老基因的原始基因网络中。新基因在塑造基因组结构中发挥重要作用, 能提高物种适应性。基因复制和新基因的从头起源是产生新基因及改变基因家族大小的2种方式。目前, 大豆(Glycine max)基因起源时间与进化模式的相互联系很大程度上还未被探索。该研究选择19种具有代表性的被子植物基因组, 分析基因含量动态性与大豆基因起源之间的潜在联系。采用基因出现法, 研究显示约58.7%的大豆基因能追溯到大约1.5亿年前, 同时有21.7%的基因为最近起源的orphan基因。研究结果表明, 与新基因相比, 古老基因受到更强的负选择压并且更加保守。此外, 古老基因的表达水平更高且更可能发生选择性剪切。此外, 具有不同拷贝数的基因在上述特征中也具有明显差异。研究结果有助于认识不同年龄基因的进化模式。     

铁皮石斛Csl基因家族生物信息学及表达分析

通过分析铁皮石斛类纤维素合成酶(cellulase synthase-like, Csl)的氨基酸序列特征,挖掘与多糖合成相关的Csl基因,从而为参与多糖代谢的铁皮石斛Csl蛋白的后续研究提供有力参考。本研究在生物信息学层面,对铁皮石斛21条完整Csl蛋白序列的理化性质、导肽、信号肽、疏水性/亲水性、跨膜结构域、蛋白质高级结构及功能域等进行预测分析,并与拟南芥的Csl蛋白进行了同源比对并构建系统进化树。结果表明,CslD2a/b/c、CslD4、CslG3b为酸性蛋白,其余为碱性蛋白;Leu、Ser、Ala、Phe、Val和Ille等氨基酸是铁皮石斛Csl蛋白的主要氨基酸;铁皮石斛Csl蛋白具有明显的疏水区和亲水区,都存在跨膜结构。蛋白质二级结构的主要元件是α-螺旋、无规则卷曲和延伸链。与拟南芥的进化分析显示,铁皮石斛Csl蛋白基因被分为3大分支,CslA和CslC归为一支,CslB/E/G/H归为一支,CslD归为一支。本研究系统分析了铁皮石斛Csl蛋白的序列特征,可为今后深入研究该蛋白在铁皮石斛多糖代谢上的功能提供参考。     

巴西橡胶树HbPEPRK基因家族5个成员在染色体上的定位

磷酸烯醇丙酮酸羧化酶激酶相关激酶(PEPRKs)在橡胶树中参与乙烯信号传导的相关反应,还与叶片发育、真菌侵染和低温胁迫有一定的相关性。本研究以巴西橡胶树无性系‘热研7-33-97’品种为材料,利用荧光原位杂交技术(FISH)对PEPRK基因家族中个成员(PEPRK1, PEPRK2, PEPRK3, PEPRK4和PEPRK5)进行了物理定位分析。结果表明:HbPEPRK1和HbPEPRK3基因同时定位在巴西橡胶树4号染色体长臂上,其信号位点到着丝粒的平均百分距分别为15.49、31.07;HbPEPRK2、HbPEPRK4和HbPEPRK5基因分别定位在巴西橡胶树5、6和7号染色体的长臂上,信号位点距离着丝粒的平均百分距分别为30.31、19.75和40.32。并讨论了这些基因与其他定位的基因之间的位置关系。为橡胶树分子辅助育种和比较基因组学研究提供有用的科学依据。     

太子参谷胱甘肽-S-转移酶基因家族生物信息学及表达分析

GSTs (glutathione-S-transferases)是一个普遍存在于植物体内,多基因家族编码的多功能蛋白酶。为研究GSTs基因家族在太子参中对其生长发育以及活性成分合成调控的潜在功能,该文基于隐马尔可夫模型在太子参中鉴定到30个谷胱甘肽-S-转移酶(PhGSTs)的基因家族成员。结果表明:30个PhGSTs基因同时具有高度保守的N-端结构域和复杂多变的C-端结构域,分属于6个亚家族,有10个motif区,其中motif1、motif 2、motif 3同属于所有家族,motif 4仅属于Tua亚家族。PhGST蛋白质三级结构有明显的相似之处,N端主要由3个α螺旋和4个β折叠构成βαβαββα结构域,C端均由α螺旋构成,不同亚家族的C端α螺旋数目及组合方式各不相同,但始终维持相似的三维结构。PhGST基因在太子参植物中具有不同的组织表达特异性,PhGSTU1、PhGSTU8、PhGSTU9等在太子参块根中优势表达,PhGSTF2在茎和叶中优势表达。水分胁迫处理后有4个基因积极响应干旱胁迫,PhGSTZ1的响应最为明显;同时也有PhGSTU8、PhEFB1γ3等4个基因随土壤含水量增加呈上调表达。该文鉴定出30个PhGST基因,并分析了其在太子参中的表达模式,为PhGSTs基因家族在太子参活性成分的合成调控及逆境响应等生理过程中的功能研究奠定理论基础。     

小麦叶绿素酶基因家族的鉴定及其叶绿素降解过程中的功能预测

叶绿素酶(CLH)是植物叶绿素降解过程中的关键酶,在植物生长发育过程中发挥着重要作用.为了解小麦CLH基因家族成员在叶绿素降解过程中的功能差异,本试验采用生物信息学分析方法和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对小麦CLH基因家族进行鉴定和初步功能分析,结果表明:小麦中共鉴定到13个CLH成员(TaCLH1～TaC...     

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...     

植物多肽激素研究概况

目前发现的植物多肽多达9种.基于配基-受体的胞间互作模式,目前公认的植物多肽激素包括4种:系统素(Systemin)、植物硫肽激素(Phytosulfokine)、SCR/SP11和CLV3,分别参与了植食性昆虫防御反应、细胞增殖、自交不亲和的识别,以及茎分生组织干细胞分裂与分化平衡的维持.本文对四种植物多肽激素基因家族的研究进展做了较为详尽的综述,并结合本试验室的研究进展做了展望.     

Small auxin upregulated RNA （SAUR） gene family in maize： Identification,evolution, and its phylogenetic comparison with Arabidopsis,rice, and sorghum

Small auxin-up RNAs （.SAURs） are the early auxin- responsive genes represented by a large multigene family in plants. Here, we identified 79 SAUR gene family members from maize （Zea mays subsp, mays） by a reiterative database search and manual annotation. Phylogenetic analysis indicated that the SAUR proteins from Arabidopsis, rice, sorghum, and maize had divided into 16 groups. These genes were non-randomly distributed across the maize chromosomes, and segmental duplication and tandem duplication contributed to the expansion of the maize .SAUR gene family. Synteny analysis established ortholos~J relationships and functional linkages between SAUR genes in maize and sorghum genomes. We also found that the auxin-responsive elements were conserved in the upstream sequences of maize SAUR members. Selection analyses identified some significant site-specific constraints acted on most SAUR paralogs. Expression profiles based on microarray data have provided insights into the possible functional divergence among members of the .SAUR gene family. Quantitative real-time PCR analysis indicated that some of the 10 randomly selected ZmSAUR genes could be induced at least in maize shoot or root tissue tested. The results reveal a comprehensive overview of the maize .SAUR gene family and may pave the way for deciphering their function during pJant development.