葡萄OVATE基因家族生物信息学及表达

【目的】OVATE是一类调控植物生长发育的转录抑制因子,对葡萄OVATE基因家族(Vv OFPs)进行生物信息学和组织特异性表达分析,为该类基因的功能研究奠定基础。【方法】根据OVATE保守域蛋白序列(PF04844)对葡萄OVATE基因家族进行鉴定,利用生物信息学方法对葡萄OVATE基因家族染色体定位、基因结构、保守结构域、亚细胞定位等方面进行预测和分析,并分析葡萄和拟南芥OVATE基因家族的进化关系。采用实时荧光定量PCR技术检测Vv OFPs组织表达特性。【结果】葡萄OVATE基因家族包含17个成员,不均匀地分布在11条染色体上,均没有内含子结构,编码115—444个氨基酸,等电点4.55—9.69,均为亲水蛋白;所有蛋白均包含完整的OVATE保守结构域,亚细胞定位主要在细胞核中。根据进化树拓扑结构,将葡萄和拟南芥OVATE蛋白家族聚为六类(Ⅰ—Ⅵ),其中,Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ类仅包含两个基因,Ⅰ、Ⅳ、Ⅵ类中Vv OFPs和At OFPs相互交错地聚类在一起;Vv OFPs和At OFPs共包含10个未知基序,保守元件1和2位于OVATE结构域区域,此外,在OVATE结构域外每个类别均包含特有基序。Vv OFPs具有组织表达特异性,12个基因在根、茎、叶、花和果实中均可以检测到表达,其余5个基因仅在特定组织中表达。多数Vv OFPs在根、嫩茎和花中表达量较高,在嫩叶和果实中仅检测到少数基因表达;Vv OFPs在不同发育期表达量存在差异,通常在开花前1周和开花期表达量较高,而花后4周果实中表达量较低。1对旁系同源基因表达模式相似,3对旁系同源基因产生了新的表达模式。【结论】葡萄OVATE结构域序列比较保守,其在不同组织中呈现出多种表达模式,推测其可能参与了葡萄生长发育的调控。     

葡萄SBP-box转录因子家族的生物信息学分析及其应答激素调控葡萄果实成熟的作用

[目的]本文旨在分析已知葡萄(Vitis vinifera L.)SBP-box家族基因基本信息,研究其在葡萄果实发育成熟过程中的调控作用。[方法]利用葡萄转录因子Plant TF数据库(http://planttfdb.cbi.pku.edu.cn/index.php?sp=Vvi)查询并获得SBP-box基因,采用ClustalX 2、DNAMAN 6、Web Logo 3、MEGA 4.1和Gene Structure Display Server等软件对其基因与蛋白序列进行生物信息学分析。利用Plantcare软件分析葡萄转录因子SBP-box家族成员的启动子元件,预测其与果实发育及成熟过程相关的潜在作用。采用RT-qPCR技术研究VvSBP基因在果实发育成熟过程中的作用。[结果]从转录因子数据库中共得到19个葡萄SBP-box基因。SBP-box结构域分析显示,多达61个位点氨基酸具有较高的保守性。进化树分析结果显示,葡萄SBP-box基因共分为3个亚组。染色体定位分析显示,VvSBP基因在1号染色体上分布最多(4个),其次是染色体5、15、4、7、8、10、11、12、14、17、18和19,染色体2、3、6、9、13和16则没有分布。启动子作用元件分析表明,SBP-box家族所有成员的启动子均含有与果实发育和成熟相关的作用元件。结合RT-qPCR结果,发现约9个成员可能促进了葡萄果实的成熟过程,且大部分成员属于第1亚组和第3亚组;约7个成员可能促进了葡萄果实的生长发育,但抑制了果实的转色与成熟过程,且大部分成员属于第2亚组。[结论]葡萄SBP-box基因结构高度保守,多数成员参与调控果实发育与成熟过程。     

芝麻AQP家族的全基因组序列鉴定及其特征分析

【目的】从芝麻全基因组中分离鉴定水通道蛋白AQP（aquaporin）家族基因,并进行系统进化关系、连锁群定位、基因结构、跨膜结构域和亚细胞定位预测、保守性氨基酸残基以及青枯雷尔氏菌诱导表达分析,为芝麻AQP的功能研究与利用奠定基础。【方法】通过生物信息学手段,结合芝麻基因组注释信息,鉴定芝麻AQP家族成员序列信息,并用InterPro逐一进行验证。利用ClustalW2对芝麻、拟南芥和水稻的AQP以及马铃薯的XIPs进行多序列比对,用MEGA6.0构建进化树。通过MapInspect和Gene Structure Display Server 2.0进行连锁群定位和基因结构分析。采用ProtParam、WoLF PSORT和TMHMM Server v.2.0在线工具预测芝麻水通道蛋白的分子质量和等电点、亚细胞定位及跨膜结构域。通过芝麻、拟南芥和水稻AQP及马铃薯XIPs的蛋白多序列比对结果推测NPA基序、ar/R滤器及P1-P5的氨基酸残基。利用前期研究获得的转录组测序结果进行青枯雷尔氏菌诱导表达分析,并通过qRT-PCR技术对差异表达较为明显的12个芝麻AQP进行验证。【结果】系统分析鉴定了36个芝麻AQP家族基因,根据多序列比对及系统进化分析将其分为5个亚家族：13个质膜内在蛋白（PIP）、12个液胞膜内在蛋白（TIP）、8个类NOD26膜内在蛋白（NIP）、2个膜内在小分子碱性蛋白（SIP）和1个未知内在蛋白（XIP）,其中有34个基因定位在12个连锁群上。同一亚家族成员在基因结构、蛋白序列、亚细胞定位预测及保守性氨基酸残基等方面都较为相似。青枯雷尔氏菌诱导表达分析显示,NIPs、SIPs和XIPs表达无明显变化,部分PIPs和TIPs能够响应青枯菌诱导。SiPIP1;2、SiPIP1;3、SiPIP2;3和SiPIP2;4受青枯菌诱导后表达上调,SiPIP1;3和SiPIP2;3为持续上调,而SiPIP1;2和SiPIP2;4的表达先下调后上调;与之相反,表达下调较为显著的有SiPIP1;4、SiPIP2;1、SiPIP2;6、SiTIP1;1、SiTIP1;3、SiTIP2;1及SiTIP2;2。上述差异表达基因的qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。【结论】通过全基因组分析,在芝麻中鉴定出36个AQP家族基因,分为5个亚家族,分布于12个连锁群上,大部分基因具有1-4个内含子（除SiNIP1;2有7个内含子外）。根据ar/R滤器和P1-P5氨基酸残基组成类型,预测不同亚家族AQP可能识别的底物。青枯菌诱导表达分析表明,部分PIPs和TIPs成员的表达发生了显著变化。     

葡萄全基因组DELLA蛋白基因家族鉴定及其应答外源赤霉素调控葡萄果实发育的特征

【目的】明确DELLA蛋白基因在葡萄基因组数据库中的数量、结构和组织表达差异,探究DELLA蛋白在葡萄赤霉素(GA)信号传导及葡萄无核果实发育机理中的作用机制。【方法】基于拟南芥、水稻等植物中的DELLA蛋白基因,利用HMMER程序和NCBI的CDD程序鉴定葡萄基因组中的DELLA蛋白基因;以‘白罗莎里奥’葡萄品种为试材,采用PCR技术克隆3个DELLA蛋白基因的c DNA全长序列;通过启动子作用元件分析预测其潜在功能;利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、系统进化、理化特性、亚细胞定位及蛋白互作等进行分析;利用农杆菌介导的烟草瞬时表达技术分析DELLA蛋白的亚细胞定位情况;采用q RT-PCR方法检测葡萄DELLA蛋白基因应答GA在果皮、果肉、种子(或种子区)的时空表达特征。【结果】鉴定得到3个葡萄DELLA蛋白基因,克隆并验证其精确序列,分别命名为Vv GAI1(VIT_201s0011g05260)、Vv RGA(VIT_214s0006g00640)及Vv SLR1(VIT_211s0016g04630),其染色体定位、开放阅读框(ORF)大小、编码氨基酸数量分别为:Chr1、1 773 bp、590个;Chr14、1 710 bp、569个;Chr11、1 599 bp、532个。基因结构分析表明其DNA序列均无内含子,只有1个外显子,基因结构高度保守。进化分析显示Vv GAI1与Vv RGA亲缘关系较近,被聚类为一组,而Vv SLR1为另一组。3个基因的启动子均含有响应赤霉素和胚乳发育相关的作用元件,表明它们可能参与响应GA信号传导和胚乳发育过程。亚细胞定位结果显示3个DELLA蛋白均定位于细胞核。q RT-PCR结果显示除果皮中Vv SLR1在近成熟期具有表达高峰外,其余均在幼果期高表达,且外源GA处理均不同程度降低了3个DELLA蛋白基因在葡萄果皮、果肉和种子区的表达,尤以种子区下调水平最为显著。蛋白互作分析表明3个DELLA蛋白均为葡萄GA信号传导的核心作用元件,均可能与GIDI1和SLY1互作参与葡萄GA信号传导。【结论】葡萄基因组中含有3个DELLA蛋白基因家族成员;不同物种间DELLA蛋白结构高度保守;GA可能通过负调控这3个成员参与葡萄果皮、果肉和种子区的发育,且3个成员均可能通过应答GA信号调控葡萄无核果实的发育。     

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。     

苹果TCP转录因子家族生物信息学分析

TCP蛋白家族是一类植物特有的转录因子家族,参与多种生理生化过程,具有重要的调控作用。本文利用生物信息学方法对苹果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,苹果TCP基因家族包含52个成员,分为3类:ClassⅠ、ClassⅡ和ClassⅢ;MdTCP蛋白含有115~612个氨基酸,等电点为5.41~10.65;除3号染色体外,其余16条染色体均有MdTCP基因分布,其中5号染色体最多,有7个。     

白芨MYB类转录因子PAP1基因的克隆与表达分析

花青素对植物的生长发育具有重要的作用。MYB家族转录因子参与花青素合成代谢的调控。利用同源基因克隆的方法,根据其他物种中基因的同源序列设计特异性引物,利用PCR技术从白芨基因组中克隆到MYB转录因子PAP1,cDNA全长844bp,经DNAStar软件分析,PAP1无内含子,包含一个完整的阅读框,编码184个氨基酸。不同组织的表达特征分析发现,BsPAP1在花中的表达较强,在块根状假鳞茎和嫩蒴果中的表达次之。蛋白质特征预测及蛋白序列结构分析发现PAP1具有MYB转录因子典型的DNA结合区域。序列同源比对表明该基因与芜菁、花椰菜等的PAP1基因有很高的相似性,推测BsPAP1是MYB家族的成员之一。     

西洋参bHLH转录因子家族生物信息学分析

bHLH是真核生物中一类编码转录调控因子的基因家族,在植物生长发育中具有重要的调控作用。通过对西洋参根、叶、花蕾样品进行转录组测序,筛选其中的bHLH家族基因,利用生物信息学方法对筛选到的基因进行表达模式、蛋白结构、细胞定位及系统进化分析。结果显示:从西洋参转录组中共鉴定得到62个西洋参bHLH家族基因,这些bHLH在根、叶、花蕾中具有4种表达模式。西洋参bHLH亚细胞定位预测主要在细胞核内,所有表达产物均包含HLH结构域。进化分析显示,西洋参中62个bHLH基因可分为18个亚类,其中第Ⅺ亚族中包含最多的bHLH成员,共包含11个bHLH蛋白;第Ⅲf、Ⅳa、Ⅲ(a+c)、Ⅰb(2)、Orphans、Ⅳb亚族中的成员数量均为1个,其他亚族为2～9个。     

苦荞NAC基因家族的生物信息学分析

以苦荞基因组数据库为基础,利用比对程序,经鉴定和筛选,共获得72个苦荞NAC家族基因的序列,对其进行生物信息学分析。基因结构分析表明,除FtPinG0002967400.01.T01基因外,苦荞NAC家族其余71个基因均含有内含子。蛋白质理化性质预测分析表明,72条蛋白序列具有NAC结构域。72个NAC基因共有7个保守基序,在苦荞8条染色体上均有分布。有33个NAC基因在种子发育过程中差异表达。系统进化分析表明,苦荞NAC蛋白序列与拟南芥的可以分为9个亚家族。     

基于转录组的洋葱bHLH转录因子家族鉴定与生物信息学分析

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。本研究利用转录组数据对洋葱基因家族成员进行筛选和鉴定，并对家族成员进行理化性质、保守基序、亚细胞定位、系统发育和蛋白互作生物信息学分析，同时对bHLH基因家族在洋葱幼苗中的表达情况进行分析。结果表明，从洋葱转录组共鉴定到36个bHLH基因，预测编码蛋白质含有的氨基酸数量为127～610个，且均为亲水性蛋白，系统发育分析表明，洋葱bHLH基因家族分为12个亚族，同一亚族的大多数基因具有相似的保守基序，大多数bHLH基因在洋葱幼苗中表达，不同基因的表达量水平差异较大。本研究结果为进一步研究洋葱bHLH转录因子家族的生物学功能奠定了基础。     

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。     

银杏ERF转录因子家族的全基因组学鉴定及表达模式分析

以银杏基因组数据库为基础，通过序列比对，并经过鉴定筛选，共获得112个ERF转录因子家族成员，对其进行生物信息学及表达模式分析。结果显示：银杏112个ERF成员在系统进化树上分为10个亚家族；基因结构分析表明，大部分ERF家族基因结构简单，仅少量基因含有1～4个内含子；基因表达分析显示，39个ERF基因在雄蕊中表达量较高，20个基因在幼苗中表达量较高，40个基因在胚中表达量较高；部分基因在雄蕊、胚和幼苗中具有相同的表达模式，说明其可能具有类似的功能。     

茶树ZF-HD转录因子基因家族的鉴定及表达分析

【目的】搜索鉴定茶树ZF-HD（Zinc finger homeodomain）转录因子基因家族成员,并对其进行生物信息学分析及在不同组织及非生物胁迫和激素处理下的表达模式,为茶树ZF-HD基因家族的功能研究及茶树遗传性状改良提供理论依据。【方法】通过隐马尔可夫模型预测和序列比对从茶树基因组中筛选鉴定出茶树ZF-HD基因家族成员,利用在线生物信息学分析软件对其基因结构、启动子元件,以及编码蛋白的理化性质、氨基酸序列、结构特征、进化关系等进行预测分析,并基于转录组测序（RNA-Seq）数据分析其在不同组织及在干旱胁迫、盐胁迫和茉莉酸甲酯（MeJA）处理下的表达模式。【结果】从茶树基因组中鉴定出17个ZF-HD基因家族成员（CsZHD1~CsZHD17）,其编码区（CDS）序列长度为369~2187 bp,编码122~728个氨基酸残基,蛋白分子量13.51~80.42 kD,理论等电点为6.09~9.19,均属于亲水性不稳定蛋白,蛋白二级结构均由β-转角、延伸链、α-螺旋和无规则卷曲构成。除CsZHD2、CsZHD5和CsZHD7蛋白定位于细胞质,CsZHD9蛋白定位于细胞外,其他13个蛋白均定位于细胞核。仅CsZHD2、CsZHD7、CsZHD9、CsZHD10和CsZHD12基因含外显子和内含子,其他12个CsZHDs基因均无内含子。除CsZHD7蛋白具有2个ZF-HD_dimer结构域外,其他16个蛋白均具有1个ZF-HD_dimer结构域。CsZHD1~CsZHD17蛋白具有2~5个保守基序（motif）,其中motif 1和motif 3为共有的保守基序。茶树ZF-HD家族蛋白可分为5个亚族（ZHDⅠ、ZHDⅡ、ZHDⅢ、ZHDⅣ和MIF）,较拟南芥少了ZHDⅤ亚族。除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因在8个组织中不表达或表达量极低外,其他14个CsZHDs基因在8个组织中呈差异性表达;除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因外,其他15个CsZHDs基因在顶芽或花中表达量较高。在干旱胁迫和盐胁迫处理下,除CsZHD1、CsZHD2、CsZHD5、CsZHD12、CsZHD14和CsZHD17基因的表达量始终处于较低水平外,其他CsZHDs基因均呈不同的变化趋势;在MeJA处理下,除CsZHD2、CsZHD5和CsZHD12基因表达量极低外,多数CsZHDs基因呈下调表达的趋势。【结论】从茶树基因组中鉴定出17个ZH-HD基因家族成员,其编码蛋白具有保守的锌指结构域和同源异型盒结构域;茶树与拟南芥ZH-HD基因家族相比缺少ZHDⅤ亚族;CsZHDs基因的表达具有组织特异性,且大多数成员的表达受非生物胁迫和MeJA的影响。     

甜荞热激转录因子基因家族的鉴定及生物信息学分析

利用Blastp比对程序对甜荞基因组数据库进行搜寻,共鉴定到23个甜荞HSF基因。基因结构分析显示,所有HSF基因都含有内含子,且大部分基因只含有1个内含子。蛋白序列多序列比对分析表明,23个HSF蛋白均含有氨基酸序列高度保守的DNA结合域(DNA–binding domain,DBD)和不保守的寡聚化结构域(oligomerization domain,OD)。蛋白保守基序分析表明,23个HSF蛋白共包含10个保守基序,基序长度为11~62个氨基酸,其中基序1、2和3代表DBD区。亚细胞定位分析表明,除Fe HSF13、Fe HSF14和Fe HSF18同时定位于细胞核和细胞质上,其余20个Fe HSF蛋白均定位于细胞核上。磷酸化位点分析表明,所有HSF蛋白均含有潜在的丝氨酸(Ser)和苏氨酸(Thr)磷酸化位点,部分HSF蛋白还含有酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。系统发育分析表明,23个HSF基因可以分为A、B和C 3类,进一步细分为A1、A3、A4、A5、A6、A7、A9、B3、B4和C共10个亚类。     

玫瑰GASA4-like基因的克隆及其序列分析

从大马士革玫瑰(Rosa damascena)中利用同源克隆结合RACE的方法首次获得了一个GASA4-like基因的cDNA和DNA序列全长(GenBank登陆号FJ595792,FJ595793),并利用TAIL-PCR的方法克隆了其部分启动子序列。结果表明,玫瑰GASA4-like基因包含4个外显子,3个内含子,开放阅读框为327bp,编码108个氨基酸序列。对推导的氨基酸序列分析发现,N末端1~26个氨基酸是一信号肽序列,C末端含有12个保守的半胱氨酸残基,具有GASA基因家族共同的一些结构特征。系统进化分析表明,玫瑰GASA4-like与分生组织中表达的GASA蛋白聚为一类。启动子顺式作用调控元件分析表明,GASA4-like基因上游318bp的部分启动子含有诱导表达调控元件和一些转录因子的结合位点;最后,对GASA4-like基因可能的生物学功能进行了预测。     

玉米ARID转录因子家族鉴定及表达分析

【目的】鉴定玉米ARID转录因子家族成员,并进行表达分析,为深入研究ARID转录因子生物学功能及玉米遗传育种提供理论参考。【方法】从拟南芥数据库TAIR获取7个ARID转录因子家族成员的氨基酸序列,与玉米基因组编码蛋白进行同源比对,鉴定出玉米ARID转录因子家族成员,采用生物信息学方法对其理化性质、系统发育进化、启动子区顺式作用元件、生育期组织表达模式和蛋白互作网络等进行预测分析,并用实时荧光定量PCR检测其在激素处理及低温胁迫下的表达模式。【结果】从玉米中共鉴定出12个ARID转录因子家族成员（ZmARID1～ZmARID12）,编码的氨基酸数量为448～1875个,均为亲水性蛋白,除ZmARID12外,其余均为不稳定蛋白;ZmARID2、ZmARID4、ZmARID9和ZmARID10蛋白定位于叶绿体和细胞核,ZmARID12定位于叶绿体和细胞质,ZmARID1定位于叶绿体,其余成员均定位于细胞核。玉米ARID家族基因启动子区域不仅含有多种光响应元件（G-box、Sp1、GATA-motif、Box4、MRE、AE-box）,还含有茉莉酸甲酯（MeJA）响应元件（CGTCA-mot...     

葡萄KEA家族基因的克隆、鉴定及表达分析

【目的】从葡萄中克隆并鉴定KEA家族基因,在转录水平探索其组织特异性表达特征及对缺钾、脱落酸(ABA)、氯化钠(NaCl)与山梨糖醇(sorbitol)等胁迫的响应情况,明确主效基因。【方法】通过同源克隆法,在葡萄基因组中筛选并鉴定KEA家族基因;利用MEGA 7.0软件中的邻接法建立9种不同植物(葡萄、拟南芥、水稻、玉米、高粱、短柄草、白杨、梨和苹果)KEA家族成员的系统进化树;借助多种生物信息学软件分析葡萄KEA家族基因及其编码蛋白的详细特征;检索EST数据库,分析葡萄KEA家族基因的表达谱;利用实时荧光定量PCR分析KEA家族基因在葡萄不同组织部位的表达模式及对缺钾、ABA、NaCl与sorbitol等胁迫的响应情况,明确主效基因。【结果】在葡萄基因组中检索并克隆获得4个KEA家族基因,命名为VvKEA1—VvKEA4,均含有典型的K/H交换结构域(K/H exchanger domain)和TrkA-N domain功能结构域,属于典型的植物K+/H+逆向转运体;9种不同植物的KEA家族蛋白在氨基酸水平具有33.10%的一致性,并可分为2个亚族(GroupⅠ和GroupⅡ),其中,葡萄VvKEA1和VvKEA2属于GroupⅠ,均含有7个Motif基序,而VvKEA3和VvKEA4属于GroupⅡ,只含有4个Motif基序;系统进化树表明葡萄VvKEA1、VvKEA2和VvKEA4成员分别与拟南芥AtKEA2、AtKEA3和AtKEA5紧密聚在一起,而葡萄VvKEA3则与梨PbrKEA5和苹果MdoKEA7紧密聚在一起,水稻、玉米、高粱和短柄草4种禾本科植物KEA家族成员更倾向于聚在一起,而木本植物白杨、苹果、梨KEA家族成员紧密聚在一起;葡萄KEA家族蛋白拥有相似的三级结构,主要定位于细胞质膜,均含有12—13个跨膜区,均为稳定蛋白,等电点pI均小于7.00,且只有VvKEA3具有信号肽;在葡萄VvKEA启动子区域鉴定到至少15种的顺式作用元件,主要包括胁迫响应、营养和发育、激素响应、昼夜规律等不同生命活动相关的调控元件;EST表达谱结果表明葡萄KEA家族基因在多种组织或器官中均有表达,在果实中的表达水平最高,其次是叶、种子、根和雌蕊;实时荧光定量PCR分析表明VvKEA3在8年生‘白罗莎里奥’葡萄树不同组织中的整体表达水平最高,在幼果中的表达量最为突出,而其他3个VvKEA的整体表达水平相对较低,且较为接近;幼苗中,VvKEA1—VvKEA4在转录水平对NaCl处理没有响应,但对ABA处理最为敏感,VvKEA1—VvKEA4的表达量在检测幼苗的地上部和根部均被显著诱导,VvKEA3在检测幼苗的地上部和根部及VvKEA1在地上部的表达量受缺钾处理诱导而显著增强,VvKEA3在检测幼苗的地上部和根部及VvKEA4在根部的表达量受sorbitol渗透处理诱导而显著上升。【结论】从葡萄中克隆并鉴定了4个KEA家族基因,主要在葡萄果实、叶片和种子中表达,其成员与拟南芥KEA成员在遗传距离上较近;VvKEA3在成年葡萄树中的整体表达水平最为丰富(幼果中最高),幼苗中VvKEA3受缺钾、ABA和sorbitol渗透胁迫的调控;VvKEA3是葡萄果实中重要的K+/H+逆向转运体。     

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。     

葡萄VvWRKY70基因生物信息学及表达特性分析

WRKY是植物特有的转录因子，在多种生物和非生物胁迫中发挥作用。基于RNA-seq技术，课题组前期研究发现，SO2熏蒸结合低温保鲜过程中多个功能未知的葡萄WRKY基因差异表达。经氨基酸序列同源性比对，研究选择与AtWRKY70氨基酸序列相似度最高的VvWRKY70进行生物信息学及表达特性分析。生物信息学分析结果表明，VvWRKY70基因启动子区含有W-box元件及茉莉酸甲酯、水杨酸等激素响应元件；编码蛋白由322个氨基酸组成，分子质量约36.57 ku，属亲水性蛋白；该蛋白丝/苏氨酸含量丰富；二级结构主要由无规卷曲和α-螺旋组成，N端含有高度保守的WRKY结构域，C端为C₂HC型锌指结构，属WRKY第Ⅲ亚家族；预测显示，其主要定位于细胞核中，且在进化上较为保守。qRT-PCR分析表明，VvWRKY70在玫瑰香葡萄根、茎、叶、花蕾、果中均有表达；葡萄果实VvWRKY70受SO₂和灰霉菌诱导上调表达，低温处理组下调表达。综上可见，VvWRKY70可能作为转录因子参与调节植株生理和果实发育过程，并在葡萄果实采后SO₂保鲜过程中...     

石榴低温响应因子CBF基因家族鉴定及其表达分析

CBF（C-repeat binding factor）是AP2家族的一类转录激活因子，在植物响应低温胁迫和提高植物耐寒性方面具有重要作用。虽然多个石榴品种的基因组已经发布，但仍缺乏对其CBF基因家族的全面研究。为全面分析石榴（Punica granatum L.）CBF基因家族分子生物学特性，本文对鉴定到的PgCBFs成员进行了生物信息和表达分析。结果表明，石榴全基因组中有7个CBF基因家族成员，蛋白序列中除包含AP2结构域外，还具有CBF特征序列PKKPAGRxKFxETRHP和DSAWR；7个成员集中分布在染色体1和4上，编码蛋白质氨基酸长度为201~267 aa，分子质量为21.69~29.81 ku；进化分析显示PgCBFs基因家族成员分布在Group Ⅱ~Ⅳ 亚组中，与水稻CBF成员组成的Group Ⅰ存在明显区分；除 PgCBF2、 PgCBF4、 PgCBF5基因结构中含有1~2个内含子外，其余与其他物种类似，属内含子缺失型；编码的蛋白序列均含有保守基序Motif 1~7；蛋白二级结构主要为不规则卷曲和α-螺旋，三级结构较为相似。PgCBFs基因家族扩增主要来源于串联重复，并与拟南芥、苹果、桃分别存在2对、5对和4对共线性关系；GO注释显示PgCBFs多与转录调控、低温胁迫或激素诱导相关；启动子区含有多种顺势作用元件，主要为胁迫刺激、激素诱导和光响应元件；基因表达分析发现除 PgCBF6外，其余成员在根中高度表达，在低温胁迫处理下PgCBF在根和韧皮部表达量显著上调，其中 PgCBF7能够快速响应并持续应答低温诱导。结合进化树、共线性、启动子以及表达分析，推测 PgCBF7可能与石榴幼苗低温胁迫调控相关。本研究可为深入研究石榴CBF基因家族生物学功能提供理论基础。