辣椒YABBY基因家族的全基因组分析

YABBY基因家族成员在叶和子叶,花器官和胚珠珠被的发育中起关键作用。拟南芥中,YABBY基因家族已经有较透彻的研究。本研究以拟南芥YABBY基因为检索序列,挖掘辣椒‘遵辣一号’和其野生祖先‘Chiltepin’基因组中的YABBY基因序列,并进行染色体定位、系统进化及可能的功能等分析。分析结果表明,辣椒基因组中含有7～8个YABBY基因,和墨西哥野生祖先‘Chiltepin’相比,栽培品种‘遵辣一号’YABBY基因大体保持了一致,但也有重要的区别。‘Chiltepin’九号染色体上的基因Capang09g000047,与‘遵辣一号’中一号染色体上的Capana01g003578序列相近,位于同一分支。可能是由于‘Chiltepin’九号染色体上的基因Capang09g000047发生了移位产生。此外,‘遵辣一号’中十一号染色体上的Capana11g002002,在‘Chiltepin’中没有对应基因。这一基因与‘遵辣一号’和‘Chiltepin’一号染色体上的同源基因序列非常相似。对YABBY基因家族在‘遵辣一号’开花期植株的幼叶、成熟叶片、花芽和成熟花中的表达分析,发现YABBY基因家族成员在叶和花中广泛表达,不同成员间表达量具有较大差异。本研究为辣椒基因组中YABBY基因家族的功能研究提供了理论基础。     

辣椒Trihelix转录因子家族的生物信息学分析

Trihelix转录因子在调控植物生长发育以及响应逆境胁迫等多方面发挥着重要作用,属于一个小家族。通过系统地阐述辣椒Trihelix转录因子家族成员特征和进化关系,进一步为研究辣椒Trihelix转录因子的生物学功能提供理论基础。本研究在辣椒基因组范围内,通过HMMER 3.0软件鉴定Trihelix基因家族成员,应用CDD验证其蛋白的功能结构域;采用MEGA5.2软件进行系统进化树分析;利用MEME和Map Inspect工具对其蛋白序列进行基序和染色体定位分析。利用功能已知的拟南芥Trihelix蛋白家族为参考序列,系统分析鉴定了28个辣椒Trihelix家族基因,并将其分为GT-1、GT-2、GTγ、SIP1和SH4 5个亚族。基因定位表明,辣椒Trihelix家族成员不均匀的分布在12条染色体上,其中7号和11号染色体上没有辣椒Trihelix成员的分布。保守元件显示辣椒Trihelix基因家族成员部分是高度保守的,各个家族均具有特殊的结构域。辣椒Trihelix基因家族大部分成员结构是保守的,保守基序与聚类分析具有高度的一致性,有可能参与调控辣椒生长发育及逆境胁迫等多种过程。     

辣椒HD-Zip转录因子家族鉴定与生物信息学分析

从辣椒基因组数据库中鉴定HD-Zip转录因子,并对其进行生物信息学分析。对鉴定到的转录因子的基本理化性质、染色体定位、系统进化、保守基序和基因结构进行分析。共鉴定到45个辣椒HD-Zip转录因子;该家族成员均含有高度保守的HD-Zip结构域;45个HD-Zip基因以不均匀的方式分布在12条染色体上。根据拟南芥HD-Zip家族分类关系,在结合辣椒HD-Zip基因结构的特点分为GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ和GroupⅣ。辣椒HD-Zip转录因子在同一亚族中含有相同的保守基序和基因结构。本研究初步明确了辣椒HD-Zip转录因子家族成员进化关系和结构特点,为进一步研究辣椒HD-Zip转录因子家族的系统发育以及生物学功能提供了依据,为辣椒的分子育种提供科学依据。     

棉花WOX转录因子家族基因的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于棉花花器官或纤维发育研究的候选基因,基于已发布的陆地棉全基因组数据,利用生物信息学的分析方法鉴定了陆地棉WOX(WUSCHEL-related homeobox,WOX)转录因子基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白理化性质、蛋白结构、多重序列比对、系统进化树和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明,鉴定到37个陆地棉WOX转录因子家族基因,命名为GhWOX1~GhWOX37。亚基因组定位结果显示,37个陆地棉WOX转录因子家族基因分布在除了A04、A06、A09、D04、D06和D09号亚基因组以外的20个亚基因组,A亚组比D亚组多1个GhWOX转录因子家族基因。多重序列比对分析棉花WOX转录因子家族成员均具有高度保守的同源异型结构域;系统进化树分析发现棉花WOX转录因子家族可以分为3个亚家族(Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类),各亚类分别含有23,7,7个GhWOX转录因子家族基因成员。对NCBI中陆地棉的EST数据库比对分析,有11个GhWOX转录因子家族成员没有可匹配的EST序列,其他26个GhWOX转录因子家族成员在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维和种子等组织和器官中广泛表达。为深入研究棉花和其他植物中WOX家族的鉴定和功能研究奠定了基础。     

辣椒TALE转录因子的生物信息学分析

TALE转录因子家族广泛存在于植物中,在植物生长发育的各个阶段发挥重要作用,但是目前关于辣椒TALE转录因子家族的研究鲜见报道。本研究借助于生物信息学手段,通过HMMER、SMART、MEGA5.05、GSDS、MEME、DNAMAN、SOPMA、SWISS-MODEL等软件和网站对辣椒TALE转录因子类型、结构域、系谱进化、蛋白理化性质及高级结构、信号肽进行分析。分析显示20个辣椒TALE转录因子家族成员均含有HOX主结构域;系统进化树分析显示,20个TALE转录因子家族成员可分为KNOX和BEL两个亚族,同一亚族含有相同的保守基序以及相似的基因结构和蛋白跨膜结构;辣椒TALE转录因子家族的内含子在3~6之间;α-螺旋和无规则卷曲是该家族基因主要的二级结构,三级结构中都含有螺旋-转角-螺旋结构。本研究分析了辣椒TALE转录因子的生物信息学的特征,结果表明该基因家族在辣椒中具有稳定、保守的特点,这为今后研究该基因参与的生长发育过程及其作用奠定了一定的理论基础。     

大豆SPL基因家族生物信息学分析

SQUAMOSA启动子结合蛋白样(SPL)转录因子广泛存在于植物中,主要参与植物生长、发育以及多种生理生化过程。为明确大豆SPL基因家族在染色体上的分布、保守结构域、亚族种类、进化关系等,采用生物信息学方法对大豆SPL家族基因进行分析。本研究从大豆基因组数据库中筛选得到43个SPL基因家族成员,系统发育树分析得到5个亚群。保守结构同源性分析发现,SPL基因家族都含有SBP-box的锌指结构和核定位信号。染色体定位发现除14号染色体没有SPL分布外,其他染色体均有不同数量的SPL基因分布。基因加倍、扩张分析表明,大豆SPL基因家族成员之间不存在串联重复,但是存在36对片段重复,表明部分大豆SPL基因可能是由基因重复产生;大豆与拟南芥SPL基因家族之间有29个基因之间存在共线性关系,表明大豆与拟南芥SPL基因家族之间具有较高同源性。本研究对SPL基因家族的进化分析,将有助于理解大豆SPL基因的结构、功能及进化关系,为深入研究大豆SPL基因的功能提供有利的理论依据。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

生物信息学鉴定分析茄子脂肪酸去饱和酶(FAD)基因家族

脂肪酸去饱和酶(FAD)广泛分布于生物体内,其主要功能是在脂肪酸的生物合成过程中,从碳链中去除氢,从而产生碳碳双键。利用拟南芥FAD家族基因和茄子基因组数据,对茄子基因中可能含有的FAD基因进行鉴定和生物信息学分析。共鉴定出茄子FAD基因家族成员38个,其中FAB亚家族成员5个。对家族成员进行蛋白理化性质分析、系统进化分析和保守结构域分析,发现各亚家族成员间具有较为相似的保守基因序列和蛋白特性;基因结构分析表明,FAD家族成员间存在着不同的基因结构,但聚为一类的亚家族基因具有进化的保守性;染色体定位显示茄子FAD家族成员主要分布在5号染色体、6号染色体和4号染色体上。亚细胞定位预测茄子FAD家族成员主要分布在内质网、叶绿体和质膜上,FAB亚家族则全部定位在叶绿体上。     

野生二粒小麦YABBY转录因子家族的鉴定与表达分析

YABBY基因是植物所特有的一类转录因子家族,在植物器官形成、生长发育、信号转导以及胁迫响应等生物学过程发挥着重要调控作用。野生二粒小麦(Triticum dicoccoides)作为普通小麦的四倍体祖先种,一直是小麦遗传改良的重要种质和基因库,但目前有关野生二粒小麦的YABBY基因还未见报道。为了挖掘野生二粒小麦的YABBY基因,本研究利用生物信息学方法对野生二粒小麦YABBY转录因子家族进行了全基因组鉴定和分析,结果在野生二粒小麦基因组中共鉴定到了12个YABBY基因,归属于6个同源基因对且位于5个同源染色体组上。系统进化分析将它们分成YAB1/3、YAB5和CRC 3个亚家族,而且同一亚家族成员间具有相似的结构特征。基于RNA-seq数据的表达特性分析发现,YABBY在野生二粒小麦不同组织中具有特异性表达;同时,还鉴定发现了3个YAB5亚族成员在盐胁迫下发生了差异表达,进一步的qPCR分析验证了它们的表达特性,表明它们可能是盐胁迫响应相关的YABBY转录因子。     

辣椒全基因组TCP转录因子家族生物信息学分析

利用生物信息学方法对辣椒TCP转录因子家族成员、基因分类、基因结构、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和分析。结果表明,辣椒TCP基因家族包含30个成员,Ca TCP蛋白含有95~550个氨基酸,等电点为6.30~10.91。进化树分析将其分为11个不同的亚族。辣椒TCP家族进化树以及基因结构的进一步分析,显示辣椒TCP家族可分为两大类,即Class I类和Class II类,而Class II类可分为两个不同的亚类,即CIN和CYC/TB1亚类。位于同一亚家族的大多数TCP基因具有相似的内含子和外显子结构。此外,染色体定位分析表明,辣椒TCP基因不均衡的分布于辣椒的10条染色体上,其中3号染色体上最多,有7个。     

番茄GeBP转录因子家族的鉴定及其进化和表达分析

利用生物信息学方法,在番茄全基因组范围内筛选出10个Ge BP基因,并从基因的分子量、等电点、与拟南芥同源基因的系统发育关系、基因结构、染色体的位置分布、番茄不同组织和果实不同发育时期基因的表达谱等方面进行该基因家族特征分析。通过系统发育关系和序列相似性将拟南芥和番茄Ge BP基因家族26个基因分为4类,分别有10个、7个、5个和4个基因。通过分析番茄Ge BP家族成员染色体分布,发现这些基因分布于4条染色体上。番茄2号和7号染色体上分别分布有4个Ge BP,1号和5号染色体上各分布1个基因。该家族成员基因结构相对简单,仅有2个成员含有内含子。通过对Ge BP转录因子家族的基因表达分析发现,不同基因的在番茄不同组织和果实发育阶段的表达具有特异性。该研究为进一步研究Ge BP在番茄发育中的角色奠定了理论基础。     

大麦基因组GRAS基因家族的全基因组鉴定与表达分析

GRAS基因家族是一类仅存在于植物并广泛参与其生长发育调控的转录因子,根据其序列结构和系统发育树分化特征,GRAS转录因子包含PATI, DELLA, HAM, SCR, SHR等多个亚家族成员。本研究利用大麦最新的基因组数据库,采用生物信息学的方法筛选鉴定出41条GRAS基因序列,其中有34条序列具有完整的GRAS家族蛋白特有的GRAS结构域,可定位到大麦7条染色体上且呈不均匀分布。与拟南芥和水稻GRAS蛋白进行的系统发育分析,可将大麦GRAS家族蛋白进一步划分为10个亚家族。本研究对大麦GRAS基因的表达丰度分析,发现部分基因在发育阶段高表达,这可能暗示着这些基因在相应发育阶段起到重要作用。本研究结果可为后续挖掘和验证大麦GRAS基因提供参考。     

番茄WRKY基因家族的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对番茄WRKY转录因子家族成员、理化性质、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。从番茄WRKY转录因子家族分类及进化结果显示,番茄Sl WRKY家族包含81个成员,按其WRKY结构域及锌指结构分为3族,第二族按其氨基酸顺序又可以分为5个亚族。染色体定位结果显示,除番茄的11号染色体没有WRKY转录因子,其他染色体上均有分布。基因结构分析表明,仅Sl WRKY19、Sl WRKY20家族成员不含内含子,其他成员都含有2~5个内含子。保守域分析表明,番茄WRKY结构域是高度保守的,仅有10个WRKYGQK发生了变异,占WRKY家族的10%。     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I^IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。     

甘蔗割手密种NAC转录因子ATAF亚家族鉴定及栽培品种ScNAC2基因的功能分析

NAC (NAM, ATAF和CUC)是陆生植物特有的转录因子家族,包含18个亚家族,其中ATAF亚家族成员广泛参与生物和非生物胁迫应答过程。本研究基于甘蔗割手密种基因组数据和栽培品种ROC22的cDNA文库,首先,通过比较基因组学方法,对ATAF亚家族成员进行鉴定、蛋白多序列比对、系统进化分析及启动子区域顺式作用元件预测;其次,从甘蔗栽培品种克隆获得割手密种ATAF亚家族成员SsNAC2的同源基因ScNAC2,在生物信息学分析基础上,采用qRT-PCR技术分析该基因的组织特异性表达模式,及其在不同外源胁迫下的表达特性;最后,对ScNAC2基因的编码蛋白进行亚细胞定位和转录激活活性试验。结果表明,一共鉴定到6个ATAF亚家族成员,开放读阅读框在889～1017bp之间,相对分子量介于32.067～35.819kD之间,理论等电点分布在5.09～8.92之间,所有成员的编码蛋白被预测均定位于细胞核上。这些基因的Ka/Ks比值均小于1,表明纯化选择在进化过程中起重要作用。蛋白的氨基酸序列比对显示,ATAF亚家族成员都含NAM保守结构域(由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ亚结构域组成)。系统进化分析揭示,...     

雷蒙德氏棉和亚洲棉TCP基因家族的生物信息学分析

TCP基因家族是植物中特有的一类转录因子家族,涉及了植物的多种生长途径以及各种生理生化反应的信号传导。为了更好地了解TCP基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数量和分布情况等,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出37个TCP基因家族成员,并对TCP家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系等分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉全基因组分别编码37个TCP转录因子成员。雷蒙德氏棉30个成员基因分布在10条染色体上,亚洲棉37个成员基因分布在13条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,TCP基因结构较为简单,大部分不含内含子;功能结构域分析,发现所有TCP转录因子具有高度保守的TCP结构域;根据结构域差异和系统发育分析的结果,将TCP基因家族分成2个亚族,进一步划分为PCF、CIN、CYC/TB1三个亚类。以上结果为进一步研究棉花TCP基因家族各成员的功能奠定一定的理论基础。     

辣椒GATA转录因子的生物信息学分析

本研究旨在分析和鉴定辣椒GATA转录因子的家族成员的生物信息学特征,为今后进一步的实验研究奠定基础。利用生物信息学手段,通过HMMER和SMART软件对辣椒GATA转录因子进行鉴定。利用Clustal X 1.83、MEGA5.05、GSDS、MEME等软件对辣椒GATA转录因子进行生物信息学分析。本研究鉴定出24个辣椒GATA转录因子家族成员。系统进化树的结果显示,24个GATA家族成员分为4个亚族。GSDS软件结果表明辣椒GATA转录因子的内含子、外显子分布情况。DNAMAN软件和MEME软件结果显示辣椒的大部分GATA转录因子是保守的。染色体定位软件Map Inspect分析表明,辣椒GATA转录因子在辣椒12条染色体上分布并不均匀。本研究鉴定并分析了辣椒GATA转录因子的生物信息学的特征,为以后继续研究其功能提供了一定的理论基础与现实意义。     

桑树PHR家族基因的鉴定及生物信息学分析

磷是植物生长发育的主要矿质营养元素之一,磷饥饿响应(phosphate starvation response, PHR)基因在调节植物磷素吸收中起着重要作用。鉴定桑树磷饥饿响应转录因子家族成员,分析其生物信息学特征,为桑树PHR家族基因的功能研究提供基础。从桑树基因组数据库中获得桑树PHR转录因子序列,利用GSDS、ExPASy、MEGA、MEME、psRNATarget、STRING等软件和网上转录组数据,对桑树PHR家族成员的基因结构、蛋白理化性质、保守基序、系统进化、基因组织表达、调控miRNA和蛋白互作网络进行分析。从桑树基因组中共鉴定出12个PHR基因家族成员,氨基酸数介于256～1 529之间,83.3%的成员属于酸性蛋白,所有成员均为亲水性蛋白。进化分析显示,MnPHR转录因子归为9个聚类组,各聚类组含有1～2个MnPHR成员。外显子数为6、7、8、19的MnPHR编码基因成员分别有7个、3个、1个、1个,同一聚类组中的基因结构类似。发现4个保守性较强的基序,所有MnPHR转录因子均含有基序1～4,聚类组Ⅰ～Ⅳ的MnPHR转录因子缺少基序6。基因组织表达分析发现10个桑树PHR基因在不同组织中有表达,且存在组织特异性,部分基因转录可能受miRNA的调控。MnPHR1的蛋白互作网络分析发现,其主要参与了纤维素合成和转录因子表达调控等生物学过程。桑树PHR家族基因结构和氨基酸序列具有较强的保守性,其组织表达和蛋白互作网络结果表明该家族基因在植物的生长发育和营养吸收过程中发挥作用。本研究结果为深入开展桑树磷吸收和转运相关基因的克隆和功能验证提供了基础。     

植物酰基载体蛋白基因家族序列分析

以拟南芥酰基载体蛋白为查询序列,检索18个植物物种的基因组数据库,获得138个酰基载体蛋白基因和12个基因片段。植物酰基载体蛋白由1个基因家族编码,成员2～16个。植物酰基载体蛋白磷酸泛酰巯基乙胺结合位点(Ser)周围的氨基酸序列高度保守,该位点包含在保守的DSL基序中。植物酰基载体蛋白基因结构类型分为5种,其中类型III酰基载体蛋白基因所占比例最大。绝大多数植物酰基载体蛋白基因家族成员单独或2～4个成员分布在一条染色体上。在138个植物酰基载体蛋白基因中,19个具有不同剪接体。植物酰基载体蛋白基因家族成员可能起源于一个共同的祖先基因。     

马铃薯PIF家族成员鉴定及其对高温胁迫的响应分析

植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factors,PIFs)属于碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)转录因子家族,通过将光和温度等外部环境信号与植物体内源信号途径相整合,进而形成复杂的信号转导网络来精密调控植物的生长发育进程。目前,关于马铃薯PIF家族基因的研究较少,鉴定和分析StPIF家族成员有助于进一步提高马铃薯的产量和品质。本研究运用生物信息学方法,以拟南芥PIF家族成员蛋白序列作为源序列,通过在马铃薯基因组数据库中进行BlastP分析鉴定出7个StPIFs家族成员,并对其进行系统进化、染色体分布、复制事件、蛋白理化性质、基因结构、Motif预测、启动子顺式作用元件、基因表达模式以及对高温胁迫的响应分析。结果显示,StPIF家族所有成员均含有Motif 1 (bHLH结构域)、Motif 2 (APB结构域)基序;在StPIF基因的启动子区域预测到多个参与光响应、激素、干旱、低温、昼夜节律以及防御和应激反应调控元件;基因表达模式和现蕾期高温胁迫响应分析表明,家族成员具有明显的组织表达特异性,基因存在功能...