拟南芥和水稻cystatin基因家族的生物信息学分析

利用已经分离的植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin)基因的cystatin结构域为检索序列在基因组水平上对拟南芥和水稻中的cystatin基因家族的成员进行分析;同时利用这些基因编码的蛋白质序列构建系统发生树,并对这些蛋白序列的保守序列进行分析;最后在GenBank的EST数据库中查找这些基因的ESTs表达序列。结果表明:1结合结构域的鉴定、多序列联配以及MEME分析最终确定了7个拟南芥和11个水稻的cystatin基因。2系统发生分析表明,cystatin基因的基本特征很可能是在拟南芥和水稻的分离之前就已经形成。3 cystatin结构域在蛋白质间高度保守。4拟南芥和水稻的cystatin基因主要在花、叶、根、种子和愈伤组织中表达,这有助于植物避免昆虫的侵害。     

甜瓜α-甘露糖苷酶基因家族的全基因组分析

琢-甘露糖苷酶(琢-mannosidases, 琢-Man)是生物界广泛存在的一种糖苷水解酶。通过已公布的甜瓜基因 组数据库预测琢-Man 基因家族成员,其蛋白序列都含有完整的Glyco_hydro_47 或Glyco_hydro_38 保守结构域。再将 筛选出的成员与拟南芥、大豆、番茄、可可树、葡萄、黄瓜、马铃薯、谷子的相应基因编码的蛋白序列进行进化分析比 对,建立系统发生树和保守基序的预测分析。结果表明,甜瓜基因组中含有8 个琢-man 基因,分为玉类和域类,并分 成5 个亚族。同一类成员的蛋白结构域具有较高相似性与保守性,并且大部分成员基序的顺序和种类相同,不同类 的成员之间基序差距较大。对甜瓜琢-甘露糖苷酶基因家族的系统分析鉴定,有助于甜瓜琢-甘露糖苷酶基因克隆和 功能的进一步研究,为研究其他植物琢-甘露糖苷酶基因家族的功能和进化提供参考依据。     

大豆SBP基因家族的序列特征、表达及进化分析

SBP基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,由多个成员组成,主要参与植物生长、发育以及多种生理生化过程.试验在大豆基因组中鉴定49个SBP基因,被命名为GmSBP1~49.基于生物信息学手段,对大豆该基因家族49个成员的基因结构、染色体定位、蛋白保守序列、亚细胞定位、表达情况及进化关系进行分析.序列分析表明,SBP基因家族成员分散于不同染色体上,不同基因具有不同个数的外显子,其数目变异范围为1~14;该家族蛋白含有5个保守基序,尽管与SBP结构域有所重叠,但它们能形成6种不同的组织模式,这说明该基因家族序列变异较为复杂.表达分析结果显示,除GmSBP2和GmSBP11等6个基因没有相应的EST外,其余基因都有转录活性;在具有转录活性的基因中,只有GmSBP46显示出组成型表达模式,剩余基因表现出不同程度的组织特异性表达模式.拟南芥、水稻和大豆SBP蛋白的进化树揭示该家族具有8个类群,其中E类群只包括大豆SBP基因,其他类群中大豆SBP基因数目也是最多,这充分说明大豆SBP基因家族起源与进化的复杂性.研究为大豆SBP基因功能研究提供线索     

巴西橡胶树核糖体蛋白S6基因的克隆及生物信息学分析

核糖体蛋白S6是核糖体蛋白家族的重要成员,在核糖体中发挥重要作用。利用农业部橡胶生物学重点开放实验室获得的部分序列设计引物,采用3-′RACE技术从巴西橡胶树胶乳中获得一个核糖体蛋白S6基因的完整阅读框,该基因编码249个氨基酸的多肽,含有一个典型的真核生物核糖体蛋白S6结构域。在HbRPS6氨基酸序列中没有预测到跨膜区和信号肽,二级结构分析表明：HbRPS6属于混合型蛋白。对10个RPS6系统进化分析表明：巴西橡胶树的RPS6基因在进化上具有保守性,与植物类玉米的RPS5基因亲缘关系最近,而与动物和酵母的亲缘关系相对较远。该基因的克隆和生物信息学分析为深入研究其功能奠定了基础。     

杨树14-3-3基因家族的分子进化及表达模式研究

14-3-3蛋白在植物细胞信号传导中发挥重要的作用,探索木本植物14-3-3蛋白家族的进化模式对深入理解该基因家族的功能有重要的指导意义。本文采用生物信息学的方法,在基因组水平上搜索和鉴定了12个杨树14-3-3蛋白基因,其中ε类有7个,非ε类有5个。通过对杨树14-3-3基因家族的系统进化、序列相似性、基因结构和染色体位置分析,发现杨树14-3-3基因的扩张主要是通过最近的一次全基因组加倍事件产生的。在全基因组加倍事件中共产生5对重复基因对,Ka/Ks分析显示这5对重复基因对处于较强的净化选择压力。RT-PCR分析显示在杨树12个14-3-3基因中有8个在不同组织中均表达,另外4个基因的表达部位发生了变异。因此,杨树14-3-3基因家族的分子进化及表达模式的研究结果预示着基因重复后其功能发生了分化。     

玉米YABBY基因家族的全基因组鉴定与分析

YABBY基因家族作为植物特有的转录因子家族,在调控植物侧生器官发育中发挥重要作用。本研究利用玉米全基因组数据分析玉米YABBY基因家族,阐明该基因家族成员结构、系统进化发育关系以及基因家族成员在玉米不同组织及不同发育时期的表达谱。结果显示,玉米参考基因组中存在13个YABBY基因,命名为Zm YABBY1~Zm YABBY13,根据系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为4亚类S1~S4。RNAseq数据显示玉米YABBY基因在籽粒、茎和茎端分生组织(Shoot apical meristem,SAM)、幼胚及叶片中有较高表达,预示玉米YABBY基因可能在上述器官发育中发挥调控作用。本研究结果为进一步解析该基因家族的功能奠定了研究基础。     

沙柳SpsLAZY1a和SpsLAZY1b基因克隆及生物信息学分析

LAZY1基因对于植物分枝角度、分枝方向具有重要影响。以沙柳为试验材料克隆LAZY1基因,利用生物信息学软件分析LAZY1基因序列、构建进化树,并预测蛋白结构。结果表明,SpsLAZY1a和SpsLAZY1b的CDS全长分别为1 161、1 143bp,分别编码386和380个氨基酸。生物信息学分析表明SpsLAZY1a、SpsLAZY1b2种蛋白均为亲水性蛋白,均无信号肽区域。氨基酸序列具有IGT基因家族典型结构域,并且其C端有LAZY1蛋白的典型EAR结构。系统发育树将18个LAZY1蛋白家族聚为2个大类,SpsLAZY1a和SpsLAZY1b属于其中第1类,均为双子叶植物,并与其他植物具有较高相似性。氨基酸同源结构比对发现这些植物间既有相似同源区域,也存在一定差异区域。单子叶比双子叶植物缺少某些同源区域,草本比木本植物又缺少某些同源区域。LAZY1基因在沙柳进化过程中发生基因重复,本研究由沙柳中成功克隆SpsLAZY1a、SpsLAZY1b基因,隶属IGT基因家族,并初步揭示LAZY基因的系统进化关系。     

基于转录组的金花茶PEBP基因家族的鉴定及分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine binding protein,PEBP)在花的形态建成中具有重要作用,为了解该基因家族在金花茶开花过程中的调控作用,通过对金花茶的花瓣转录组测序数据进行生物信息学分析,从转录组数据库中筛选金花茶(Camellia ni-tidissima)PEBP基因,并对其蛋白质性质、功能结构域、进化关系及开花过程中的表达模式进行了分析.结果表明,金花茶花瓣转录组中共含有9个PEBP基因家族成员,可以分为FT-like、TFL1-like、MFT-like、PEBP-like 4个亚基因家族;该蛋白家族主要由酸性、亲水的稳定蛋白构成,定位于细胞核中;该基因家族Motif具有一定的保守型,且所包含的保守基序数目及种类存在一定差异.在金花茶开花过程中,CnPEBP 4基因的表达量不断增高,该基因可能对金花茶花瓣形态建成具有一定的调控作用;而其他基因家族成员在金花茶花瓣组织中表达量较低或不表达.鉴定获得了金花茶PEBP基因家族成员的序列和部分功能信息,为研究金花茶开花调控提供了理论参考,为金花茶开花调控机理的研究奠定基础.     

α-淀粉酶基因的进化分析

了解植物α-淀粉酶基因的起源,对于理解其在植物中的功能具有重要意义.基于GenBank数据库中植物淀粉酶的核苷酸序列及氨基酸序列,采用生物信息学方法如序列比对和进化树构建对其进行分析,结果发现用2种方法构建的系统发生树较为相似,推测它们之间的进化关系较为一致.同时序列比对结果显示,有2个高度保守的序列区,是α-淀粉酶基因所特有.本研究推测植物α-淀粉酶基因家族起源于一个共同的祖先基因,后又分化为Amy、AmyB家族.     

罗布麻查尔酮合成酶基因克隆及序列分析

为了解罗布麻査尔酮合成酶基因具体结构,采用RT-PCR、RACE方法从夹竹桃科植物罗布麻中扩增出CHS基因的开放阅读框,其核苷酸序列长1 170bp,推测的氨基酸序列全长为389个氨基酸残基。核苷酸序列同源性分析结果显示,该cDNA片段与其他植物CHS基因的同源性为78%~81%,表明该基因在进化过程中变异程度较小,整个超基因家族序列高度保守。     

玉米SNAC转录因子的基因结构特征与逆境调控预测

NAC蛋白是植物特有的转录因子,在植物发育和各种非生物逆境应答中发挥着重要作用。为更好地揭示玉米SNAC(stress-responsive NAM,ATAF1/2,CUC2)家族的耐逆境胁迫功能,对其基因的结构特征及可能的调控机理进行了预测。利用生物信息学方法,鉴定了玉米16个SNAC家族基因,并对该基因家族各编码蛋白的理化性质、基因结构、潜在的磷酸化位点、蛋白质二级结构、基因进化关系、基因组序列结构和启动子结合元件等信息进行分析。分析结果表明：玉米16个SNACs不具有跨膜结构,且均具有N-末端保守结构域和高度可变的C-末端结构域。系统发育分析表明,同一亚群中密切相关的成员具有相似的基因结构,推测在不同植物中会具有类似的耐逆功能。磷酸化位点分析表明,玉米SNAC家族存在着大量的磷酸化位点。二级结构预测表明,玉米SNAC的转录调控区具有高度的内在灵活性。启动子分析表明,玉米SNAC家族基因启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。这些结果为玉米耐逆境研究提供了候选基因,对促进玉米SNAC家族功能分析的进展具有重要意义。     

玉米脱水素基因家族的鉴定与分析

脱水素(dehydrin,DHN)属于LEA蛋白第二家族成员,是一种植物中广泛存在的亲水性蛋白,在干旱、低温和高盐等非生物胁迫的环境中起到重要作用。通过生物信息学方法对玉米全基因组DHN家族成员进行了鉴定,并进一步对其系统发育、基因结构、染色体定位和基因复制以及表达模式进行了系统分析。结果显示,在玉米DHN基因家族中共有5个家族成员,多物种系统发育进化树分析、基因结构以及基序分析都表明DHN家族成员在进化上具有高度的保守性。基因复制和物种间微共线性分析表明,在5个玉米DHN基因中存在着1对片段复制基因(ZmDHN1-ZmDHN2),玉米、高粱和水稻3个物种间存在2对直系同源基因(ZmDHN2-Sb04g032250.1,ZmDHN2-Os02g44870.1)。通过转录组表达数据分析表明,玉米DHN家族基因在不同发育时期具有不同的组织表达模式;同时,诱导表达模式分析表明ZmDHN基因的表达受到盐和干旱胁迫的显著诱导。该研究结果将为进一步鉴定玉米DHN家族重要的基因成员并对其开展功能分析奠定基础。     

玉米Glyco-hydro-16糖苷酶家族全基因组的鉴定及其遗传分化

【目的】全基因组水平鉴定玉米Glyco-hydro-16家族,分析该家族基因在不同组织中的表达模式以及在不同玉米杂种优势群中的遗传分化。【方法】根据Glyco-hydro-16家族相对保守的序列及结构域,构建Glyco-hydro-16家族的隐马尔科夫模型文件（Glyco-hydro-16.hmm）,利用hmmersearch程序在玉米全基因组中进行比对,获得玉米中含有该家族保守结构域的所有序列。通过Blast2GO进行功能注释,利用蛋白质序列构建该家族的系统发育进化树。使用玉米自交系B73不同组织及不同发育时期的RNA-seq数据库分析该家族基因的表达模式。根据该家族基因在染色体上的位置筛选SNP标记,计算其在不同玉米杂种优势群间的群间遗传分化系数（genetic differentiation coefficient,Fst）,分析其遗传分化。【结果】根据该家族相对保守的序列及结构域,在全基因组水平共鉴定出34个玉米Glyco-hydro-16家族成员,注释表明所有基因都是木葡聚糖转移酶/水解酶基因,3个保守性较高的Motif区段存在于该家族所有成员中。通过系统发育关系和序列相似性将该家族分为8个亚家族,每个亚家族有2-8个基因,分布在除第3和第6染色体外的其他8条染色体上,在第2、第5及第10染色体上成簇分布。该家族在禾本科作物中同源性较高,与拟南芥分属不同的分支,但只有3个玉米成员（AC210669.3、GRMZM2G413006和GRMZM2G166944）被划分到禾本科分支中,其他玉米成员被划分到单独的分支中。通过表达谱分析表明该家族成员在玉米中均有表达,但在不同组织中的表达水平有差异。为解析该家族基因在不同玉米种质资源中等位基因的变异,根据玉米Glyco-hydro-16家族基因在染色体上的位置筛选SNP标记,计算其在玉米杂种优势群SS及NSS间的群间遗传分化系数。结果显示,共有10个该家族基因所处位点的Fst值高于阈值0.15,达到高度分化水平,分别位于第1、第2、第4、第5、第7以及第9染色体上。其中,位于第2染色体上的GRMZM2G091118相应位点的Fst值为0.52,表明该位点在SS群和NSS群间的群间遗传分化度极大。【结论】通过全基因组扫描在玉米中鉴定出34个Glyco-hydro-16家族成员,均为木葡聚糖转移酶/水解酶基因,在不同组织中,其表达模式不同,可能参与不同生理发育过程。部分该家族成员所处位点在玉米杂种优势群SS和NSS间的等位基因分化极大。     

龙眼乙烯合成途径基因鉴定及响应ACC处理的分析

[目的]S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(ACS)和1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(ACO)是植物合成乙烯的3个关键酶,从全基因组水平鉴定龙眼SAMS、ACS和ACO(DlSAMS、DlACS和DlACO)基因家族,并进行生物信息学、体细胞胚早期不同阶段及不同浓度1-氨基环丙烷-1-羧...     

水稻dirigent基因家族生物信息学分析

摘　要：利用现有的水稻生物信息资源,共鉴定出了53个水稻dirigent (OsDIR)基因,它们分布在8条水稻染色体上;基因结构分析显示,有32个OsDIR基因不含内含子,占总数的60.4%;保守功能区域预测表明,OsDIR基因至少含有1个保守的DIR功能域;模块预测显示,水稻DIR蛋白拥有至少10个大小不同的保守模块,且不同模块在基因家族成员中出现的频率有较大的差异;蛋白序列比对表明,该基因家族蛋白保守序列均位于DIR功能域内;蛋白功能预测表明,大多数OsDIR蛋白为稳定的疏水性蛋白,表达于大多数细胞器中,且在细胞壁中表达最为丰富;同源基因分子遗传进化分析表明,OsDIR基因可分为5个亚类,功能域片段与基因的复制特征表明,OsDIR基因可能起源于共同的祖先(基因)。     

玉米SRO基因家族的鉴定及表达分析

【目的】SRO(similar to rcd one)是植物所特有的一类小蛋白家族,其在植物的生长发育,及应对非生物胁迫中发挥着重要功能。基于玉米全基因组数据库,鉴定玉米SRO家族基因,分析其序列、基因定位、蛋白结构及其系统进化关系,同时解析Zm SROs在玉米组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下的表达变化,为阐明SRO基因在玉米生长和逆境响应中的功能研究奠定基础。【方法】利用拟南芥SRO家族基因为探针,在玉米全基因组查找并下载玉米SRO基因序列,并从Maize GDB中获取玉米SRO基因相关信息,包括CDS、氨基酸序列及染色体位置等。通过生物信息学工具(GSDS2.0、Expasy-protparam、SOPMA、Plant-m PLoc、EMBL-EBI、MEME)对获得序列的基因结构、蛋白质分子量、等电点、二级结构、亚细胞定位、保守结构域、保守基序原件等进行预测和分析。同时利用Clustalx(1.83)和MEGA 6.0软件进行同源序列比对并构建系统进化树。运用实时荧光定量PCR技术分析玉米SRO组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下SRO的表达变化情况。【结果】从玉米全基因组共鉴定6个SRO家族基因,分别命名为Zm SRO1a—Zm SRO1f。Zm SROs分布于第1、4、5和9染色体,包含2—5个内含子。序列分析发现CDS序列长度在1 215—1 791 bp;编码氨基酸数目为404—596 aa;分子量为45.23—66.78 k D;等电点为7.01—9.17。亚细胞定位分析发现Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d定位于叶绿体,Zm SRO1e则定位于过氧化氢酶体,Zm SRO1f定位于细胞核。系统进化树分析发现Zm SROs分为3个亚类,Ⅰa亚类包括Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c,Ⅰb亚类包括Zm SRO1f,Ⅰc亚类包括Zm SRO1d/Zm SRO1e。保守结构域分析结果显示Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e包含PARP和RST结构域,缺少WWE结构域,Zm SRO1f包含WWE和PARP催化中心,RST结构域缺失。Zm SROs蛋白共找到5个保守基序,命名为基序1—5。Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c包含所有保守基序,Zm SRO1d/Zm SRO1e缺少保守基序3,Zm SRO1f缺少保守基序5。组织表达分析发现Zm SROs在根系特异性表达。高盐胁迫下,玉米根系中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e在1 h时显著上调表达,地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达,而Zm SRO1f在处理6 h显著上调表达。干旱胁迫下,玉米根系Zm SRO1e在1 h显著上调表达,Zm SRO1f在24 h显著上调表达;地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达。【结论】玉米SRO家族基因包含6个成员,被划分为3个亚类,6个Zm SROs在玉米根系中特异性表达,且可以不同程度地响应干旱和高盐胁迫。     

玉米Dof转录因子家族的全基因组鉴定与分析

【目的】全基因组水平鉴定并解析玉米Dof（DNA binding with one finger）基因家族。【方法】基于玉米V3基因组数据鉴定玉米Dof基因家族,并从基因的结构、系统发育关系、染色体的位置分布、玉米不同组织和不同生理发育阶段基因的表达谱以及在充足氮（sufficient nitrogen,SN）和低氮（limiting nitrogen,LN）条件下V3期叶组织基因的差异表达5个方面分析玉米Dof基因家族。【结果】玉米参考基因组中存在46个Dof结构域基因,命名为ZmV3Dof1-ZmV3Dof46。通过系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为8个亚类（Subgroup）S1-S8,每个亚类有3-8个Dof基因。通过分析该家族染色体分布,发现玉米10条染色体,除Chr.9外,均有Dof基因的分布,其中,在Chr.1上分布最为密集,有12个ZmV3Dofs;在Chr.5和Chr.3上分布次之,分别为8和7个ZmV3Dofs;在其他染色体上则分布较少,此外,Dofs在Chr.1的底部、Chr.5的顶部和底部分布密度相对较高。表达谱分析结果表明,Dof基因家族成员在不同组织及不同发育阶段均有差异表达,预示不同Dof基因功能的多样性以及在植物发育过程中扮演着不同角色,且同一亚类Dof基因表达模式存在一定程度的相似性。此外,玉米Dof基因家族对氮响应较为敏感,充足氮（SN）和低氮（LN）条件下,V3期叶组织基因的RNAseq表达结果显示35个Dof基因在2种氮处理下表达量存在差异,其中13个基因表达量差异较大。值得注意的是21个Dof基因在低氮处理下表达量上调,其中8个基因只在低氮条件下表达。【结论】基于最新版基因组数据鉴定玉米在自交系B73基因组中存在46个Dof基因,Dof基因家族成员参与玉米不同生理发育过程中,部分基因可能在氮代谢调控中发挥积极作用。     

转Bt cry1Ah/cry1Ie双价基因抗虫玉米的研究

构建了含有人工改造的抗虫基因Bt cry1Ah、cry1Ie和耐除草剂基因2mG2-epsps的植物表达载体pMUHUESGM,利用基因枪法将表达盒片段转化玉米愈伤组织,以2mG2-epsps基因为筛选标记基因,经草甘膦异丙胺盐筛选获得24株T0代再生植株,其中PCR检测阳性植株有20株。T0和T1代植株的分子检测结果证明了外源基因已经整合到玉米基因组中并能够稳定遗传和表达,转基因株系在田间生物活性检测中表现出较好的抗虫性,这为培育抗虫玉米新品种提供了参考,同时本研究中采用了基因枪片段转化法,提高了转基因的生物安全性。