荔枝GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为揭示荔枝（Litchi chinensis）GFR基因的功能,对荔枝生长调控因子（LcGRF）基因家族进行了全基因组鉴定和分析,并研究其在荔枝中的表达模式。基于荔枝基因组数据库,使用生物信息学软件对LcGRFs家族成员进行全基因组鉴定,分析基本理化性质、染色体定位、基因结构、进化关系、蛋白保守基序、顺式作用元件和时空表达情况进行系统分析。共获得12个GRF基因,不均匀地分布在10条染色体上,内含子2～5个。蛋白保守基序分析发现,荔枝GRF蛋白均含有保守的motif1(WRC)和motif2(QLQ),进化分析LcGRF划分为5个亚家族,LcGRFs启动子上存在大量的光、植物激素、非生物胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。不同转录组表达模式结果显示,各个组织中呈现出多样化的表达特征,表明不同成员可能在荔枝不同生长发育过程中发挥调控作用,参与调节荔枝的生长发育。研究显示,荔枝GRF家族成员有12个,划分为5个亚家族。     

大白菜GH3基因家族全基因组鉴定及表达分析

生长素酰胺合成酶（GH3）基因家族是生长素早期应答基因家族之一，在植物生长素信号转导过程中发挥重要作用。基于大白菜全基因组数据对大白菜GH3家族进行全基因组鉴定及生物信息学分析，结果表明，在大白菜基因组中共鉴定到45个包含GH3结构域的BrGH3家族成员；BrGH3家族成员编码氨基酸数在286～826之间，分子量介于32.06～90.77 KD之间；系统进化分析将BrGH3家族分为4类；基因结构分析发现该家族成员外显子数为2～10个；蛋白保守基序（motif）分析表明，除了BrGH3.2和BrGH3.18外，BrGH3家族成员都含有10个Motif;41个BrGH3成员在10条染色体上均有分布，4个基因未定位到染色体上；共线性分析发现29个基因参与片段复制事件，存在5个串联重复；启动子顺式作用元件分析表明，BrGH3成员含有大量光、激素、逆境和生长发育等响应元件。基于大白菜结球野生型和不结球平塌突变体结球前期叶片不同部位转录组数据，分析BrGH3差异表达，结果表明，其中BrGH3.28和BrGH3.41基因在大白菜突变体叶片不同部位的FPKM值均高于野生型，为野生型的1.22～4.83倍，且BrGH3基因家族在LF亚基因组中优势表达，初步推测BrGH3基因家族成员参与调控大白菜叶球发育。本研究为进一步研究BrGH3基因家族的功能和大白菜叶球发育机理提供参考。     

大白菜GIF蛋白家族的生物信息学分析

GIF(GRF-interacting factor)家族是一类含有SNH和QG结构域的蛋白质,可与GRF(Growth reg-ulating factor)转录因子蛋白相结合形成功能复合体,通过促进和维持细胞的分裂能力参与调控植物叶器官的发育。本研究系统鉴定了5个大白菜的GIF基因,并对这些基因编码的蛋白质序列进行了保守性和系统进化分析,最后对BrGIF1基因的表达进行了分析。结果表明,所有的大白菜和拟南芥GIF蛋白家族成员都具有高度保守的SNH和QG结构域。在进化上,GIF蛋白家族可分为两个不同的亚家族,并且这种特征在大白菜和拟南芥分离之前就已经形成。在表达模式上,BrGIF1基因在具有较大叶球的白菜自交系以及具有较强细胞分裂能力的组织中的转录表达水平较高。另外,BrGIF1基因的表达受到NAA的诱导和ABA的抑制。这些结果表明大白菜GIF蛋白可能具有和拟南芥GIF蛋白相似的生物学功能,在调控植物器官发育中具有重要作用。     

大白菜BrROP基因家族的生物信息学分析

为了揭示大白菜BrROP基因家族的功能和进化关系,利用生物信息学方法对大白菜BrROP基因家族成员进行了鉴定,并对其基因结构、蛋白质序列、染色体定位、保守结构域、进化关系和表达模式等进行系统分析。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定出22个BrROP基因成员,在大白菜染色体上呈不均匀分布;氨基酸序列分析表明,BrROP蛋白的结构较保守,均含有G结构域(G1—G5)、效应因子结合点、插入序列和C端可变区;根据系统发育进行聚类分析,大白菜BrROP基因可被分为4类,GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ和GroupⅣ;利用EMBL-EBI数据库对BrROP基因家族进行分析,22个BrROP基因在大白菜根、茎、叶、花和角果中呈组织差异表达。     

百脉根PIN基因家族的鉴定与分析

生长素输出载体蛋白PIN-formed(PIN)是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件,与植物生长发育密切相关。利用生物信息学方法对百脉根(Lotus corniculatus)PIN基因家族成员(LjPIN)进行筛选、鉴定,并对其结构特征、系统进化、编码蛋白质性质、顺式作用元件组成和表达特性等进行研究,为其功能鉴定及利用奠定基础。结果表明,百脉根基因组中含有27个LjPIN成员,主要分布在1—5号染色体上;27个LjPIN基因含8个可变剪切位点,编码35个蛋白质;除了LjPIN4、LjPIN13、LjPIN23基因外,其他LjPIN基因均含有内含子,内含子数和外显子数均为1～10个;LjPIN与拟南芥AtPIN、大豆GmPIN在进化关系上较接近,与水稻OsPIN较远;LjPIN蛋白大多为碱性的两性稳定蛋白质,一般含有5种保守基序,基序数量2～9个;LjPIN基因除了含有顺式作用基本元件CAAT-box和TATA-box外,还含有光响应、激素响应及生长发育相关的调控元件;11个LjPIN基因在根、茎、叶、花和不同形成时期种子中呈时空差异表达。     

枳漆酶基因家族鉴定及其响应盐胁迫的表达分析

漆酶(LAC)是植物木质素生物合成中催化木质素单体聚合的关键酶，在调控植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要作用。对枳漆酶基因家族进行鉴定和分析，并探究其在盐胁迫下的表达模式，可为进一步研究枳漆酶基因功能提供重要的参考信息。采用生物信息学手段鉴定枳漆酶基因家族成员，对其家族成员的理化性质、基因结构、系统进化关系、启动子顺式作用元件等进行分析，并通过qRT-PCR方法分析其盐胁迫表达模式。结果表明，枳基因组中共有20个LAC基因家族成员，其中18个分布在5条已知染色体上，2个分布在未知染色体上，被预测定位到细胞膜和细胞核中；共有6～14个外显子，5～13个内含子，9～11个motif;系统进化树分析结果显示，20个枳LAC基因家族成员与17个拟南芥LAC基因家族成员共分成7个亚组，20个枳LAC基因家族成员分布在其中的6组；20个枳LAC基因家族成员与拟南芥LAC基因间存在19对共线性关系；启动子区域含有24种顺式作用元件，其中厌氧诱导元件、干旱响应元件和茉莉酸甲酯响应元件数量最多；16个枳LAC基因在盐胁迫下显著上调表达，推测枳漆酶基因参与了盐胁迫响应。     

枳Rboh基因家族全基因组鉴定及表达分析

植物呼吸爆发氧化酶(Rboh)可调控活性氧的产生,在植物生长发育和胁迫响应中起着重要作用。基于已公布的枳全基因组数据,利用生物信息学方法对枳Rboh基因家族成员进行鉴定,并分析其理化特征、基因结构、保守域信息、系统进化关系、启动子顺式作用元件和组织表达模式。结果表明：枳基因组中共有7个Rboh家族成员,分布在4条染色体和未知染色体上,被预测定位到细胞膜上;共有12～15个外显子,4～5个保守结构域,8～10个motif;系统进化分析分成5个亚组,与拟南芥Rboh基因之间存在更多的共线性关系;枳Rboh基因启动子区域共有38种顺式作用元件,包括生长发育元件、激素响应元件和逆境响应元件3大类型;枳Rboh基因表达具有组织特异性。这一研究为进一步研究枳Rboh基因功能提供了重要参考信息。     

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。     

桃GRAS家族全基因组鉴定与响应UV-B的表达模式分析

【目的】GRAS基因家族成员在调节植物生长发育中发挥着关键作用。通过生物信息学分析GRAS在桃基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性及其对UV-B的响应,解析GRAS基因家族的生物学功能。【方法】对设施油桃‘中油5号’(Prunus persica var. nectarina cv. Zhongyou5)补充适量UV-B(Ultraviolet-B)剂量,利用Plant TFDB数据库鉴定桃GRAS基因家族成员。采用Clustal W、MEGA6.0、ProtParam tool、MCScanX、Circos、SMART、NCBI-CDD、ExPASy、GSDS和MEME等软件构建系统进化树,绘制染色体定位图,预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质等,分析GRAS基因家族成员在不同组织中的表达模式,利用qRT-PCR技术检测桃GRAS在UV-B处理下的表达情况。【结果】从桃全基因组中鉴定出48个GRAS转录因子家族基因,构建系统进化树将这48个成员分为9个亚家族,PpGRAS在桃的8条染色体上呈不均匀分布。对GRAS基因家族进行理化性质分析发现,其蛋白平均长度为590.52 aa,等电点在4.36—7.56。GRAS家族基因结构分析表明,有40个基因不含内含子,8个基因含有1个内含子。保守元件分析显示,GRAS家族包含20个保守元件,其中Motif 2和4在GRAS的家族中高度保守,同一个亚家族成员含有相同的保守元件,其可能具备相似的功能。然而,有些亚家族成员的表达模式不同,这可能与其保守基序之外的序列有关。PpGRAS在不同组织中具有不同的表达模式。叶片中PpGRAS5经UV-B处理后上调表达最显著,而有多达15个基因表达量呈现下调。果实中PpGRAS13经UV-B处理后上调表达,但有9个基因表达下调。韧皮部中,UV-B处理后有14个基因上调表达,而PpGRAS16经处理后在韧皮部中表达下调最明显。【结论】从桃基因组中共鉴定出48个GRAS基因家族成员,分布于8条染色体上;多数PpGRAS能响应UV-B处理,但在不同组织中的表达不尽相同。     

甜瓜HD-Zip家族基因的鉴定及在表皮毛发育中的表达分析

【目的】研究HD-Zip家族基因在甜瓜表皮毛发育过程中的表达模式和功能。【方法】利用生物信息学方法对甜瓜HD-Zip家族基因进行全基因组鉴定、染色体定位、系统进化分析、基因结构分析、理化性质分析、保守序列分析、顺式作用元件预测、共线性分析、蛋白互作网络预测和调控该家族基因的MicroRNA预测，并结合甜瓜不同组织部位和不同表皮毛材料的转录组分析及qRT-PCR验证，筛选与甜瓜表皮毛发育相关的基因。【结果】甜瓜基因组编码37个HD-Zip家族成员，不均等地分布在9条染色体上。该家族成员分为4个亚家族，各亚家族成员具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析显示，甜瓜HD-Zip家族基因的形成存在着连锁遗传且伴随串联复制、片段复制等染色体复制事件的发生，其基因组进化过程与黄瓜高度相似。顺式元件分析显示，该家族成员含有与表皮毛发育相关的赤霉素、茉莉酸、脱落酸和水杨酸响应元件。调控HD-Zip家族基因的MicroRNA主要有miRNA166、miRNA17和miRNA395家族。不同表皮毛甜瓜材料的转录组分析显示，该家族中CmHDZ1、CmHDZ3、CmHDZ14、CmHDZ17和CmHDZ36基...     

芫荽NPR1-like家族全基因组鉴定及分析

为研究芫荽NPR1-like基因家族的进化和功能,利用生物信息学手段,从芫荽全基因组中鉴定出7个NPR1-like基因,将其命名为CsNPR1～7,并对其理化性质、系统发生关系、保守结构域、基因结构、启动子区顺式作用元件和表达模式进行预测和分析。结果表明,芫荽7个NPR1-like基因家族成员在进化上分为CladeⅠ、CladeⅡ和CladeⅢ共3个分支,序列中有典型的BTB/POZ和锚蛋白重复结构域,含有1～3个内含子。芫荽NPRs不仅在蛋白序列中涉及构象变化、核定位及水杨酸(SA)结合等核心功能位点与拟南芥高度保守,而且在基因结构上也与拟南芥NPRs相似,暗示着二者可能具有类似的功能。CsNPRs基因启动子区域含有与激素响应、逆境胁迫和植物生长发育相关的顺式作用元件。基因表达分析结果显示,CsNPRs的表达部位和时期各不相同,暗示着芫荽NPR1-like基因家族成员可能在调控芫荽不同组织和不同时期生长发育过程中发挥不同作用。     

异常棉NF-YA家族基因鉴定及其在干旱胁迫下的表达分析

NF-YA转录因子在植物生长发育和逆境响应中扮演重要角色。本研究通过生物信息学手段，分析棉花二倍体野生种异常棉基因组中NF-YA家族基因的数目、染色体分布、系统进化、保守基序、结构、顺式作用元件、表达模式及编码蛋白质的亚细胞定位、理化性质等。结果表明，异常棉NF-YA基因家族(GoanoNF-YA)包含17个成员，分布在10条染色体上，编码的蛋白质长度为190～603个氨基酸，理论等电点为7.87～10.07,16个成员包含3～5个外显子且编码的蛋白质定位于细胞核。拟南芥和异常棉NF-YA基因在系统进化树上分为6类，每类基因在系统进化树上具有相同或相似类型和排列顺序的基序。5个NF-YA基因在异常棉根、茎、叶和花中广泛表达，15个NF-YA基因对干旱持续时间有不同程度的响应，11个NF-YA基因含有干旱响应顺式作用元件MBS。本研究结果为进一步解析异常棉NF-YA家族基因的功能提供了理论依据。     

普通白菜C3H类锌指蛋白基因家族鉴定及表达分析

植物CCCH (C3H)锌指蛋白是一种可识别并结合RNA的蛋白,在植物生长发育、胁迫响应中发挥重要作用。为了了解普通白菜C3H类锌指蛋白家族的特性,通过比对拟南芥C3H类锌指蛋白成员和普通白菜数据库,鉴定普通白菜中C3H类锌指蛋白家族成员,并分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体分布以及在花芽分化阶段不同时期的表达模式。结果显示,共鉴定到84个普通白菜C3H类锌指蛋白家族成员,根据在染色体上的顺序分别命名为BrcC3H1～84,这些成员不均匀地分布在10条染色体上,其中在3号染色体上分布最多,有15名成员;蛋白质理化性质分析表明,该家族成员编码蛋白质氨基酸数量为156～1 542个,理论等电点为4.96～10.84。通过构建系统进化树可将其分为3个亚族,各亚族间基因结构及保守基序差异明显,不同的C3H模型可能是导致差异的重要因素。基因结构分析表明,BrcC3H成员多数含有1个或7个CDS。通过转录组数据对BrcC3H成员在白菜花芽分化不同阶段的表达模式进行分析,发现有21个BrcC3H基因在花芽分化临界期高表达,而在后期表达逐渐降低,其可能参与帮助启动花芽分化。这为进一步研究BrcC3...     

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     

拟南芥和大白菜YABBY蛋白家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是一类含有C2C2锌指结构域和YABBY结构域的转录因子,在植物叶器官发育过程中起到重要的调控作用。本研究利用生物信息学的方法对拟南芥和大白菜YABBY基因家族的结构、系统进化、序列保守性以及顺式反应元件进行了分析。主要结果如下:YABBY基因在拟南芥和大白菜染色体上呈不均匀分布;基因的结构以含有6个内含子为主要形式;所有拟南芥和大白菜YABBY基因都具有保守的C2C2锌指结构域和YABBY结构域;YABBY蛋白家族在进化上可分为4个不同的亚组;YABBY基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。本文为进一步研究YABBY基因在大白菜叶球发育中的调控作用和逆境响应中的功能奠定了基础。     

海岛棉类受体胞质激酶RLCK VI家族全基因组鉴定与胁迫表达分析

【目的】对海岛棉（Gossypium barbadense）类受体胞质激酶RLCK VI(GbRLCK VI)家族基因进行全基因组分析，为深入研究RLCK VI家族基因参与棉花生长发育和抗逆的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的海岛棉基因组数据，利用生物信息学手段对GbRLCK VI家族基因进行全基因组鉴定，并系统分析该家族基因成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达特征。【结果】海岛棉中共鉴定出39个GbRLCK VI家族基因，经聚类分析将其分为A、B两组，其中A组22个，B组17个，均含有1个激酶结构域，分布于16条染色体，多数位于质膜。基因复制分析表明，该家族在进化过程中发生染色体片段复制事件；Ka/Ks分析显示，所有基因对Ka/Ks均小于1，表明GbRLCK VI家族基因在进化过程中可能经历了严格的纯化选择作用。转录组分析表明，GbRLCK VI家族基因在10个不同组织中的表达模式不同，11个基因在花器官中优势表达，9个基因在根茎叶中优势表达；逆境胁迫下的表达分析显示，8个基因在干旱、盐、黄萎病胁迫下优势表达，4个基因只在黄萎病胁迫下优势表达，说明GbRLCKVI...     

核桃JrOFP基因家族鉴定及其响应冷胁迫基因的转录表达分析

OFP(OVATE Family Protein)在植物调控响应逆境过程有重要作用。本研究基于核桃全基因组数据对其OPF基因家族成员进行筛选鉴定,并对其成员结构进行生物信息分析,同时对该家族成员进行时空转录水平分析。结果表明,核桃OFP基因家族包含21个成员,编码21条蛋白,均为亲水性蛋白;均含有典型的DUF623结构域;系统进化发现,该基因家族成员分为4个亚组。冷胁迫后经转录组分析,21个成员对冷胁迫均具有不同程度的响应,并在不同组织中存在特异性表达。本研究为进一步解析核桃OPF基因家族成员在响应冷胁迫过程中的分子机制提供了理论支撑。     

高粱MADS-box家族基因的鉴定与分析

MADS-box家族是一类具有多种生物功能的转录因子,它参与了植物生长发育的各个过程。本研究利用生物信息学方法,从高粱全基因组数据库中筛选并鉴定出98个高粱MADS-box家族成员,并对该家族成员的蛋白理化性质、系统进化树、染色体定位、基因结构、基因表达模式等特征进行了全面分析。结果表明98个高粱MADS-box基因包含了42个M-type-MADS基因和56个MIKC-MADS基因。高粱MADS-box家族基因的内含子数目为0～10个不等,不同基因的内含子数目相差很大。这些基因位于1～10号染色体,且分布较为均匀。高粱花发育过程中有28个M-type-MADS基因和55个MIKC-MADS基因转录表达。果实发育过程中有32个M-type-MADS基因和54个MIKC-MADS基因转录表达。     

芥菜全基因组中Hsf基因家族鉴定与分析

【目的】通过鉴定与分析芥菜基因组中Hsf转录因子家族成员,为芥菜Hsf基因功能研究与遗传改良提高抗逆性提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析芥菜Hsf热激转录因子家族成员的功能结构、保守基序、启动子顺式作用元件、系统进化、共线性及采用RNA-seq验证Hsf低温胁迫的基因表达。【结果】芥菜基因组中鉴定出71个Hsf基因家族成员,分布于18条染色体上,归类为3个亚家族,蛋白均含有DBD和HR-A/B结构域。BjuHsf启动子区域包含与逆境胁迫、激素、生长发育等相关顺式作用元件。系统进化与共线性分析表明,芥菜Hsf家族成员与大白菜Hsf家族成员具有更近的亲缘关系。在低温胁迫下,BjuHsf基因表达分析表明8个BjuHsf基因显著上调表达。【结论】这些显著差异表达BjuHsf基因与芥菜抗寒性极其相关,可作为芥菜耐寒性遗传改良的候选基因。     

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1～10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。