苹果WRKY转录因子家族基因生物信息学分析

 利用生物信息学方法对苹果MdWRKY转录因子家族成员、基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测,并分析基因在果实成熟期和砧穗互作中的表达差异。苹果MdWRKY家族包含116个基因,分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ,其中GroupⅡ又可细分为GroupⅡa、GroupⅡb、GroupⅡc、GroupⅡd和GroupⅡe亚类;苹果的17条染色体均有WRKY转录因子分布,其中第1条染色体上的分布最多,有12个WRKY基因分布。MdWRKY编码的蛋白在118 ~ 965个氨基酸范围内,等电点位于4.81 ~ 10.16之间。Microarray分析发现,在苹果果实成熟时期和砧木接穗互作过程中,多数MdWRKY基因的表达都有不同程度的变化。     

苹果WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族基因的鉴定与分析

利用生物信息学方法和苹果基因组数据库,鉴定并分析了12个苹果WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族基因。系统进化树分析表明,苹果WOX家族和拟南芥WOX家族可被分为现代分支(WUS分支)、中间分支和祖先分支;苹果WOX家族成员均含有1个motif-1,不同分支的成员含有其分支特异的motif;基因结构分析显示,苹果WOX家族基因含有2～4个外显子,染色体定位发现11个基因分别定位在苹果的7条染色体上,1个基因无准确定位。基因表达模式分析表明,12个基因在苹果各组织中均有表达,且在果实中的表达量较高;密码子偏好性分析显示,苹果WOX家族基因的偏好性较弱。     

苹果K~+转运蛋白基因家族鉴定及表达分析

利用苹果基因组筛选K~+转运蛋白基因,分析其系统发育关系,通过q RT-PCR检测它们在平邑甜茶各器官组织和不同发育阶段果实的表达特征。结果表明,在苹果中存在65个K~+转运蛋白基因,包括CHX家族(33个)、HAK家族(24个)、HKT家族(1个)和KEA家族(7个),它们与拟南芥K~+转运蛋白基因高度同源,其基因结构相对保守,并且不均匀地分布在13条染色体上。定量表达分析发现,K~+转运蛋白基因具有不同的表达模式,其中在根中高度表达的32个,在叶片中高度表达的12个,在茎尖中高度表达的11个,在果实中高度表达的19个。研究结果为揭示苹果K~+转运蛋白基因的功能提供了基础资料。     

辣椒β–酮脂酰辅酶A合酶基因家族的鉴定与表达分析

为深入了解β–酮脂酰辅酶A合酶(β-ketoacyl-CoAsynthase,KCS)基因家族在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学方法鉴定所有KCS基因家族成员,对基因染色体定位、系统发育关系、基因结构、蛋白保守基序和组织表达模式等进行分析,并通过qRT-PCR方法检测基因在高温、低温和NaCl胁迫下的响应。从辣椒基因组中共鉴定出22个KCS家族基因,其不均匀地分布在辣椒的9条染色体上;系统发育分析表明辣椒KCS基因家族可分为4组,每组含有不同数量的基因;该家族成员含有0~3个内含子,保守基序有6~14个;KCS家族基因具有不同的表达模式;高温、低温和NaCl处理可以抑制或激活该家族成员的表达。     

苹果全基因组CRF家族成员鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

通过生物信息学分析,从‘金冠’苹果基因组鉴定得到了11个细胞分裂素响应因子（CRF）基因。根据基因在染色体上的位置,将其依次命名为MdCRF1 ~ MdCRF11,并对其进行理化特性、基因结构、系统进化和启动子元件分析。MdCRF编码的蛋白在137 ~ 435 aa之间,等电点在4.26 ~ 9.68之间。基因结构分析发现,MdCRF1有2个外显子1个内含子,MdCRF11有3个外显子2个内含子,其余基因都只含有外显子,没有内含子;保守基序列分析发现,MdCRF蛋白的保守基序数量在5 ~ 9。通过系统进化分析将家族成员分为G1、G2和G3共3个亚组,每个亚组内成员数量相对均匀。组织特异性表达分析发现11个基因在不同杂交种苹果和不同器官中的表达量存在明显差异。以苹果砧木‘T337’为材料,qPCR验证了MdCRF家族基因大部分在根、茎、愈伤组织中高表达,同时也响应生根处理表达量发生显著下调。对11个MdCRF蛋白之间的网络调控关系进行了研究,分析预测了相关基因间的潜在联系。结合分析可知,其中MdCRF8、MdCRF10和MdCRF11可能参与调控苹果砧木不定根发育。     

苹果LysM类受体激酶基因家族鉴定与表达分析

以LysM(PF01476)和Pkinase(PF00069)保守域全蛋白序列为种子序列,在全基因组范围比对分析了苹果(Malus×domestica Borkh.)LysM-RLK家族的成员,对其家族成员的理化性质、进化关系、染色体分布、基因结构等进行了分析;基于已公布的转录组学数据,分析了LysM-RLK基因在苹果组织、发育过程和生物胁迫中的表达情况。通过分析,共获得12个苹果LysM-RLK基因,其氨基酸序列大小介于553~1 053,分子量介于62.65~119.04 kD,等电点介于5.11~7.45,主要位于质膜;根据进化分析将其分为3个亚组,亚组内各成员的外显子—内含子结构呈现较为相似的特征。基因表达数据显示,苹果的4个LysM-RLK基因表达存在较大的组织特异性,7个基因在苹果腐烂病和再植病发病过程中为差异表达。     

结球甘蓝CML家族基因及其在授粉后柱头中的表达

利用NCBI和甘蓝基因组数据库筛选获得了76个结球甘蓝CML家族基因,其随机分布在甘蓝的9条染色体上,染色体上最多的有12个基因,最少有1个基因。分析发现该基因家族编码蛋白氨基酸残基长度在109 ~ 365个之间,分子量大多在20 kD左右,为小分子蛋白,且均含有2 ~ 4个保守的EF-hand结构域。甘蓝的76个CML基因依据与拟南芥的CML家族的进化关系及序列相似性分为Ⅰ~ Ⅷ个亚家族,每个亚家族基因有较高的同源性,进化关系较近。经亚细胞预测分析发现大部分蛋白在质膜和胞外表达,少量在质膜、细胞核内和叶绿体等部位表达。数字表达谱分析发现在76个基因中,有25个基因在自花和异花授粉后差异表达,其中BoCML12、BoCML42、BoCML44、BoCML45、BoCML60、BoCML70、BoCML71 和BoCML74等8个基因在自花和异花授粉后表达趋势有较大差异,表明这8个基因以不同的方式参与调控甘蓝自花和异花授粉后的反应过程,有可能与甘蓝的自交不亲和性相关。     

辣椒热激蛋白HSP90家族基因鉴定及分析

借助生物信息学工具对辣椒热激蛋白HSP90家族基因进行鉴定,并分析其理化性质、结构特征、系统进化关系以及在各组织器官和高温胁迫下的表达模式。结果表明,辣椒基因组中含有7个HSP90家族基因,分布于5条染色体上,内含子数2 ~ 19不等,含有5个保守基序;系统进化关系分析显示辣椒7个HSP90家族基因分为3组;亚细胞定位结果显示辣椒HSP90蛋白定位于细胞质与内质网中;基于已发表的转录组数据进行组织表达分析,HSP90在不同组织中的表达模式不同;高温处理可不同程度地激活HSP90的表达。     

两个苹果RNA解旋酶基因的基本特征与表达分析

利用生物信息学方法对2个苹果RNA解旋酶基因染色体定位、系统进化关系和氨基酸序列基本特征等进行了预测,分析了基因在果实成熟期和砧穗互作中的表达差异;利用PlantCARE软件对二者的启动子序列中所包含的响应元件进行了预测和分析;利用qRT-PCR方法分析了2个苹果RNA解旋酶基因的组织表达模式。结果表明:"金冠"苹果基因组中鉴定了2个RNA解旋酶基因,命名为Mdhelicase1、Mdhelicase2,分别分布在苹果第6、17条染色体上;表达谱芯片分析发现,在苹果果实成熟时期和砧木接穗互作过程中,Mdhelicase1和Mdhelicase2基因的表达有不同程度的变化;2个基因的启动子区域存在多个胁迫响应元件,如MBS、HSEs、TCrich repent、AREs、ABREs、GARE motif、P box、CGTCA motif、TGACE motif、Light responsive elemonts等。Mdhelicase1、Mdhelicase2在"平邑甜茶"茎、叶、花、果实中都有表达,二者分别在茎和叶中的表达量最高。     

甘蓝ARF基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起重要作用。以公布的甘蓝基因组数据库为基础,采用生物信息学方法鉴定出29个ARF基因,命名为BoARFs,研究分析了其基因结构、染色体分布、蛋白质保守结构域、系统进化树及表达模式,以期为甘蓝ARF基因家族功能的深入研究提供参考依据。结果表明:BoARF家族基因结构相对复杂,含有2~14个外显子;在染色体上呈不均匀分布,除BoARF29基因未定位到染色体上外,其它基因均定位在不同的染色体上;所有BoARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,但只有21个BoARF蛋白包含1~2个AUX/IAA结构域;转录组数据表达模式分析表明,ARF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。     

辣椒全基因组WRKY转录因子的分析

基于已公布的辣椒全基因组数据,利用生物信息学方法对辣椒WRKY转录因子家族进行全面鉴定和系统命名,并在此基础上对基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了研究。结果表明:辣椒CaWRKY家族包含71个基因,根据WRKY结构域的数量及锌指结构的特征可将其分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ等3大类,GroupⅡ又可分为Ⅱ(a)、Ⅱ(b)、Ⅱ(c)、Ⅱ(d)和Ⅱ(e)等5个亚类。辣椒12条染色体上均有WRKY转录因子分布,其中第1号染色体上分布最多,共有10个,第4号染色体上分布最少,仅有2个。辣椒每类/亚类WRKY几乎含有相同的保守基序。辣椒WRKY编码的蛋白在132~869个氨基酸范围内,平均氨基酸数量为373个。     

苹果NAD–苹果酸酶基因的克隆及在不同组织和果实发育阶段的表达分析

 NAD-malic enzyme（NAD-ME）是植物调控苹果酸代谢中的关键酶。以富士苹果（Malus × domestica Borkh.）叶片为试材,通过同源比对和RT-PCR 技术,克隆获得2 个NAD–苹果酸酶基因 （MdNAD-ME1 和MdNAD-ME2）。其ORF 分别为1 785 bp 和1 818 bp,推测其分别编码595 和605 个氨 基酸的多肽。氨基酸序列和结构分析显示,含有5 个保守的氨基酸区域（Ⅰ~Ⅴ）,包含2 个功能结构域： malic 和NAD_bind_1_malic_enz。进化树分析结果显示,MdNAD-ME1 属于α 组双子叶亚组,MdNAD-ME2 属于β 组双子叶亚组。荧光实时定量结果显示,MdNAD-ME 在被检测的组织中呈组成型表达,且在多种 组织中MdNAD-ME1 表达量高于MdNAD-ME2。在富士苹果果实不同发育阶段,MdNAD-ME1 与MdNAD-ME2 具有不同的表达模式。以上结果表明,克隆得到的MdNAD-ME1 和MdNAD-ME2 属于植物NAD-ME,在 苹果的生长和发育过程中MdNAD-ME1 和MdNAD-ME2 可能起到不同作用。     

苹果蛋白磷酸酶基因MdPP2C-Like的克隆及其对ABA的响应分析

以‘嘎拉’苹果（Malus × domestica Borkh.）为试材,克隆了ABA信号转导过程中的响应基因蛋白磷酸酶基因MdPP2C-Like（基因序列号 MDP0000126636）。基因结构分析显示,MdPP2C-Like定位于苹果8号染色体上,含有5个外显子与4个内含子;该基因全长1 035 bp,编码344个氨基酸,预测其蛋白质分子量为37.84 kD,等电点（pI）为5.72。蛋白质结构分析发现,其存在1个蛋白磷酸酶2C（PP2C）保守结构域,并与拟南芥中的A类PP2C保守结构域高度同源。构建的系统进化树表明MdPP2C-Like与At4G32950位于同一进化支,同源性较高。亚细胞定位结果表明,MdPP2C-Like主要定位于细胞核,少数分布在细胞质。定量分析显示,MdPP2C-Like在苹果不同组织中表达量不同,根中表达量较高。对获得的转基因拟南芥株系和苹果愈伤组织进行ABA响应分析,结果表明该基因的过量表达降低了植株和愈伤组织对ABA的敏感性。以上结果表明,克隆得到的MdPP2C-Like在响应ABA信号过程中起着重要作用。     

柑橘抗逆基因NAC83的克隆与表达分析

以柚[Citrus maxima（Burm.）Merr.]、枳[Poncirus trifoliata（L.）Raf.]和柠檬[C. limon（L.）Burm. f.]实生苗为试材,使用电子克隆和RT-PCR的方法从中克隆到3个新的NAC蛋白基因,分别命名为CmNAC83、PtNAC83和ClNAC83;并用qRT-PCR技术检测了该基因在ABA、干旱、低温和高盐胁迫处理下的时空表达。结果显示：CmNAC83、PtNAC83和ClNAC83 的cDNA序列全长均为841 bp,都含有750 bp的开放阅读框（ORF）,编码249个氨基酸;推测其蛋白分子质量分别为24.18、28.00和28.15 kD,等电点分别是9.02、9.31和9.30,且均含有NAC家族的N端保守结构域;系统进化树分析表明,该3个蛋白均属于SENU5亚族,与苹果NAC22亲缘关系较近。实时定量qRT-PCR分析显示,NAC83基因能被ABA、干旱、低温和高盐胁迫诱导表达,且在不同的柑橘种类中存在表达差异。可见柚CmNAC83、枳PtNAC83和柠檬ClNAC83是NAC基因家族的成员,可能在柑橘响应非生物胁迫的过程中起了重要作用。     

过表达苹果多肽激素基因MdCEP1促进花青苷积累

以‘王林’苹果(Malus×domestica‘Orin’)愈伤组织为试材,初步探讨苹果多肽激素Md CEP1(C-TERMINALLY ENCODED PEPTIDE1)在调控花青苷合成方面的作用。分析显示Md CEP1位于苹果第15号染色体,只有1个外显子。蛋白序列比对显示不同物种中CEP结构域非常保守。启动子分析表明,Md CEP1启动子序列包含多个顺式作用元件,包括与分生组织有关的CAT-box元件、赤霉素响应元件(P-box)、光响应元件(MNF1)和与类黄酮合成相关的MYB类蛋白结合位点(MBSI)。通过农杆菌介导的遗传转化获得Md CEP1转基因苹果愈伤组织,进一步分析发现过表达Md CEP1能够明显促进愈伤组织花青苷积累,并且促进花青苷合成相关基因的表达。Md CEP1在拟南芥中异位表达,同样能够促进拟南芥中花青苷的积累,并且促进拟南芥花青苷合成相关基因的表达。研究结果表明,Md CEP1能够正调控苹果花青苷的合成。     

番茄抗黄化曲叶病基因y-5分子标记及遗传分析

以番茄抗黄化曲叶病毒ty-5基因的抗病材料‘13072’（亚洲蔬菜研究与发展中心提供）和感病材料‘13493’（早粉2号）为亲本配置杂交组合,获得F1、F2、BC1P1和BC1P2 4个世代,对番茄黄化曲叶病抗性基因ty-5进行遗传规律分析和基因定位研究。结果表明,抗性基因ty-5为隐性基因控制。利用657株F2分离单株,应用群体分离分析（BSA）法筛选得到与ty-5基因连锁的5个多态性SSR标记,构建了ty-5基因的分子标记连锁图谱,将ty-5基因定位到番茄4号染色体上,物理距离为737 kb的区段内,两侧翼标记为TES2461和TGS4151,与ty-5遗传距离分别为2.4 cM和3.1 cM。生物信息学分析表明,该区段存在52个预测候选基因。     

植物Gly-RLK基因家族鉴定及其在苹果中的表达分析

类受体激酶（receptor like kinase，RLK）在植物生长发育和环境适应中起重要作用。前期研究发现苹果（Malus  domestica）中存在一类具有Glyco_18胞外结构域（SM000636或SM000704）的RLK，命名为Glyco_18-RLK（Gly-RLK）。本试验中以Glyco_18和Pkinase（SM000220）保守域全蛋白序列为种子序列，对53种被子植物基因组中的Gly-RLK进行鉴定，并分析其进化特征；明确苹果Gly-RLK（MdGly-RLK）的理化性状、亚细胞定位，基因在染色体上的分布、启动子区域的顺式作用元件和表达模式。结果表明，仅19种植物中存在Gly-RLK，家族成员数介于1 ~ 20，单子叶植物中均未发现该家族成员。根据进化分析将其分为8个亚组，亚组Ⅲ、Ⅶ和Ⅷ分布基因数较多。共发现6个MdGly-RLK，其编码的氨基酸序列大小、分子量和等电点分别介于451 ~ 776、50.99 ~ 87.33 kD和5.95 ~ 8.21，主要位于质膜，4个为串联重复。MdGly-RLK在苹果各组织和品种间存在不同的表达模式；接种苹果腐烂病菌（Valsa mali）后，6个MdGly-RLK均差异表达，MdGly-RLK6（MD15G1156900）可上调至对照的16.33倍。综上，Gly-RLK仅在部分双子叶植物中存在，家族成员的扩增速度较快。MdGly-RLK响应苹果生长发育和黑腐皮壳菌信号，MdGly-RLK6可作为苹果抗腐烂病研究的候选基因。