葡萄HAK基因家族的鉴定与表达分析

从葡萄基因组数据库中检索到18个HAK基因家族成员,对其在生物信息学及非生物胁迫下的表达水平进行分析。结果表明:葡萄HAKs编码CDS序列长度为2 000～2 500 bp,外显子数从7个到12个不等。二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主,至少含9个跨膜区域,亚细胞定位表明该家族主要在细胞质膜上。葡萄HAK基因分为7个亚族且整个家族与拟南芥HAK家族成员的同源性很高。基因芯片表达谱分析表明,葡萄HAK基因家族能够响应高温、低温、盐、干旱和水分等非生物胁迫,不同成员的表达水平存在一定的差异。荧光定量分析表明, VvHAK01、 VvHAK04、 VvHAK06和 VvHAK13质量分数为10%PEG处理6 h后表达量显著上升; VvHAK02、 VvHAK07、 VvHAK09、 VvHAK10、 VvHAK12、 VvHAK13、 VvHAK15、 VvHAK16、 VvHAK17、 VvHAK18在50μmol·L~(-1) ABA处理6 h后表达量显著上升; VvHAK07、 VvHAK09、 VvHAK11在400 mmol·L~(-1) NaCl处理6 h后表达量显著上升; VvHAK05在50μmol·L~(-1) ABA、400 mmol·L~(-1) NaCl和质量分数为10%的PEG处理6 h后,叶片表达量显著下调。大多数HAK基因家族成员对ABA、NaCl和PEG无法有响应,试验为进一步解析HAK基因功能和利用HAK基因进行植物的遗传改良奠定基础。     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

葡萄LBD基因家族的鉴定与表达分析

【目的】通过生物信息学分析明确LBD转录因子在葡萄基因组中的数量、结构和非生物胁迫差异表达,为探究LBD转录因子在葡萄非生物胁迫中的作用奠定理论基础。【方法】根据已经报道的拟南芥LBD基因,利用葡萄基因组数据库中的BLAST软件鉴定葡萄基因组中的LBD基因。采用DNAMAN5.0、Clustalx、MapInspect、MEME、GSDS2.0、ExPASy和MEGA5.0等软件进行生物信息学分析。利用PLEXdb中葡萄Affymetrix GeneChip 16K基因芯片数据绘制芯片表达谱。采用qRT-PCR方法检测VvLBD基因家族在逆境胁迫中的表达情况。【结果】从葡萄(Vitis vinifera L.)全基因组中鉴定得到30个LBD基因家族成员,可分为ClassⅠ和ClassⅡ两类,ClassⅠ分为5个亚族,分别是Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd和Ⅰe,ClassⅡ分为2个亚族,分别是Ⅱa和Ⅱb。理化性质分析表明,VvLBD基因家族编码氨基酸数目介于127—386,理论等电点分布在4.77—9.28。定位分析发现,该基因家族的30个基因分布于葡萄19条染色体中的11条染色体上,其中第13染色体上分布最多,有7个基因。多序列比对和motif分析结果表明,VvLBD基因家族具有特定的3个保守结构域,分别是类锌指结构、亮氨酸拉链结构和甘氨酸-丙氨酸-丝氨酸(GAS)结构。亚细胞定位分析表明,VvLBD基因家族主要在叶绿体、线粒体和细胞核中进行表达。VvLBD基因家族的二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主。VvLBD基因芯片表达谱分析发现,大部分基因在盐胁迫和PEG胁迫下表达量上升,并且胁迫时间的长短对该基因家族成员的表达也存在差异。qRT-PCR分析结果表明,VvLBD基因家族成员中VvLBD8、VvLBD11、VvLBD12、VvLBD15、VvLBD16、VvLBD17在400 mmol·L-1 NaCl处理条件下呈上调表达,表达量分别是对照的3、1、8、4、5和13倍,VvLBD12和VvLBD19在10%PEG处理条件下呈上调表达,表达量分别是对照的4和26倍。【结论】从葡萄基因组中一共鉴定出30个LBD基因家族成员,分布于11条染色体上,并且结构进化高度保守;所有成员都与逆境相关,但是该基因家族成员在不同逆境胁迫下的响应程度存在一定的差异。     

太子参NF-Y基因家族鉴定及表达分析

核因子Y(NF-Y)是真核生物中一种重要的转录因子.采用生物信息学方法从太子参转录组数据库中鉴定NF-Y蛋白家族成员,通过转录组数据分析各基因在不同组织中的表达水平,研究NF-Y基因对土壤水分及蔗糖信号的响应.通过对3个转录组数据库的检索,确定了太子参NF-Y蛋白家族的3个亚家族,包含9个PhNF-YA成员,10个PhNF-YB成员及5个PhNF-YC成员,发现PhNF-YA4等9个成员在叶中有较高表达,PhNF-YA3在块根皮部及PhNF-YB3和PhNF-YB8在块根木质部中有较高表达.干旱胁迫可显著上调11个成员的表达,2个成员的表达量随土壤水分含量的上升表现出上调的趋势.大部分基因能够响应蔗糖浓度的变化.这些结果暗示了水分、蔗糖等因子可通过影响器官中NF-Y蛋白的表达,改变植物NF-Y蛋白间的相互作用关系,进而调控器官的形态建成及逆境响应.     

水稻 OsbHLH109 基因的表达分析

【目的】bHLH 转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族,在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重要作用。分析水稻（Oryza sativa L.）bHLH 转录因子基因 OsbHLH109（LOC_Os01g67480）对逆境胁迫和激素的响应模式,为进一步研究 OsbHLH109 在逆境胁迫和激素响应过程中的功能提供理论依据。【方法】对 OsbHLH109 进行生物信息学分析,同时利用定量 PCR（qRT-PCR）技术分析 OsbHLH109 在水稻品种中花 11 不同组织、不同激素和非生物胁迫处理下的表达模式。【结果】OsbHLH109 编码区全长为 1 164 bp,包含 6 个外显子,编码 388 个氨基酸,是一个含有 HLH 保守结构域的 bHLH 转录因子。系统进化分析显示,OsbHLH109 与玉米等单子叶植物中的同源蛋白亲缘关系较近,与双子叶植物中的同源蛋白亲缘关系相对较远。顺式作用元件分析表明,OsbHLH109 的启动子区含有 24 个植物激素响应元件和 25 个环境胁迫响应元件。qRT-PCR 分析表明,OsbHLH109 在水稻根、茎、叶和幼穗等组织中均有表达,但在叶片中的表达量最高;激素和非生物胁迫处理结果表明,叶片中 OsbHLH109 对细胞分裂素（6-Benzylaminopurine, 6-BA）、生长素（Indole acetic acid, IAA）、赤霉素（Gibberellic acid, GA3）、脱落酸（Abscisic acid, ABA）等激素处理的响应表达均达到显著差异水平;且叶片中 OsbHLH109 在低温、干旱、高温、盐胁迫等逆境处理的响应表达均达到显著差异水平,表明 OsbHLH109 的表达受 6-BA、IAA、GA3、ABA、高温、低温、PEG6000 和 NaCl 的诱导,推测其在水稻非生物胁迫响应过程中具有重要作用。【结论】水稻 OsbHLH109 为 bHLH 转录因子家族成员,主要在叶片中高表达,OsbHLH109 基因的表达受高温、低温、盐害等外界因素调控,同时响应 6-BA、IAA、GA3、ABA 等激素信号,推测其可能通过 ABA 等激素信号转导途径参与水稻的非生物胁迫响应。     

葡萄CIPK基因家族的鉴定表达分析

以水稻、玉米、拟南芥中已知CIPK基因注册序列为基础,从葡萄基因组数据库中电子克隆出16条CIPK基因。对其理化性质分析表明,除VvCIPK10编码的251个氨基酸数目外,其余氨基酸数目基本稳定为300~470。整个CIPK家族的理论等电点为6~9。基因结构分析表明,VvCIPK01、VvCIPK03、VvCIPK04、VvCIPK08、VvCIPK09、VvCIPK13包含外显子数都大于10;VvCIPK02、VvCIPK05、VvCIPK06、VvCIPK07、VvCIPK10、VvCIPK11、VvCIPK12、VvCIPK14、VvCIPK15、VvCIPK16包含外显子数都小于7。聚类分析表明,CIPK基因被分为4个亚族,且在每一个亚族中都包含葡萄和拟南芥的CIPK基因家族成员,说明它们具有很高的同源性。对CIPK蛋白质的二级结构分析表明,葡萄CIPK基因家族所编码的蛋白质均以α-螺旋和不规则卷曲为主,而β-转角最少。亚细胞定位后发现,VvCIPK基因在细胞质中表达最多。对葡萄CIPK基因家族上游2kb区域顺式作用元件分析表明,VvCIPK13对于ABA和脱水胁迫的响应最为明显,葡萄CIPK基因家族对于MYB转录因子和WRKY转录因子均有响应。荧光定量分析表明,VvCIPK15在根中表达量最多,在茎中表达量最少;在不同处理下该基因表达差异性显著。其中,受PEG、ABA、NaCl诱导后呈明显上调表达,其表达量依次为PEGNaClABA。同时该基因在受到高、低温胁迫时表达量也有明显上调,9个处理中只有在山梨糖中呈下调表达。推测该基因能够参与调控干旱、盐碱、低温等逆境过程。     

水稻CCCH型锌指蛋白亚家族Ⅰ基因的表达分析

CCCH型锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的转录因子,与植物的抗逆性密切相关。水稻CCCH锌指蛋白家族包括67个成员,分为8个亚家族。本研究采用实时定量PCR技术分析水稻CCCH亚家族Ⅰ基因的组织表达模式以及盐、干旱、低温、高温等多种非生物胁迫和脱落酸(ABA)对CCCH基因表达水平的调节。结果表明,多数CCCH基因都不同程度地受到这些非生物胁迫及ABA的诱导或抑制,其中C3H10、C3H24、C3H33、C3H37和C3H67的表达量在不同胁迫处理后表现出不同程度的升高,C3H35、C3H50和C3H52在盐、干旱、ABA、低温和高温处理后表达水平呈下降趋势,表明这些CCCH锌指蛋白可能参与水稻的非生物胁迫响应。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

苦荞转录因子FtNAC15基因的克隆及表达分析

为研究NAC转录因子在苦荞中的功能,从苦荞发育种子中克隆了一个NAC家族基因,其开放阅读框全长1 098 bp,编码365个氨基酸,将其命名为FtNAC15。基因结构分析表明:FtNAC15基因由3个外显子和2个内含子组成。氨基酸序列多重比对和进化关系分析表明:FtNAC15蛋白与水稻ONAC003、拟南芥ANAC010和ANAC073亲缘关系较近,属于NAC家族转录因子家族中同一亚组。基因上游启动子序列顺势作用元件分析表明:该基因启动子中的顺式作用元件可以分为5类,即启动子核心元件、节律和光照响应元件、转录因子结合位点、非生物胁迫响应元件和激素响应元件。表达分析表明:FtNAC15基因在种子发育的成熟期和干旱胁迫下上调表达,表明其参与调控荞麦种子发育和响应干旱胁迫。     

白菜TLP基因家族鉴定及表达分析

已有研究表明TLP(Tubby-like protein)蛋白在植物应对非生物胁迫方面具有重要作用。本研究利用生物信息学方法在白菜中鉴定得到14个TLP家族基因，并对其理化性质、基因结构特征、蛋白保守性、系统进化关系、组织表达模式及对盐胁迫的响应情况进行了初步分析。结果表明，该家族基因分布在白菜10条染色体中的7条。蛋白分子量介于38 735.69～52 747.34 D,等电点介于9.16～9.88。基因结构分析表明，有1个TLP基因含有9个CDS,绝大多数基因CDS为4～5个。亚细胞定位预测结果表明，该基因家族成员主要定位在细胞核、线粒体和细胞质基质。启动子顺式作用元件分析表明，该基因家族成员含有包括光响应元件、脱落酸应答元件、厌氧反应应答元件在内的大量逆境胁迫应答元件。组织特异性表达分析发现大多数BrTLPs在花中表达量较高，在茎、叶片和果荚中的表达量与根相似；绝大多数白菜TLP基因对盐胁迫都有不同程度的响应，其中BrTLP14对盐胁迫反应最强烈，暗示该基因可能在白菜响应盐胁迫过程中发挥重要作用。