陆地棉NF-YB基因家族的全基因组分析

为了进一步了解NF-YB基因家族结构的功能,利用生物信息学手段,系统研究了陆地棉标准系TM-1基因组中NF-YB基因家族的数目、亚细胞定位、染色体分布、进化关系、基序以及组织表达情况。结果表明:TM-1基因组中共有41个NF-YB基因家族成员,它们含有相同的CBFD_NFYB_HMF结构域,大部分定位到细胞核内;41个NF-YB基因家族成员分布在19条染色体上,其中有19组成员在A亚组和D亚组中表现为直系同源基因;进化树分为Ⅰ和Ⅱ2个小组,每个小组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析则发现,在这41个NF-YB基因家族成员中,至少有24个成员可以进行表达,且表现出一定的组织特异性。     

陆地棉蔗糖磷酸合成酶基因家族的鉴定及表达分析

【目的】蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase,SPS)是调控植物蔗糖代谢合成途径的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面发挥着重要作用,然而棉花中SPS基因的系统研究尚很少开展。本研究旨在对陆地棉SPS基因进行全基因组鉴定,并对它们的表达特性进行系统分析。【方法】基于已公布的陆地棉基因组序列,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(Quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)等方法对陆地棉SPS家族基因的蛋白结构、进化关系、基因结构特征、染色体定位、基因复制和表达特性进行分析。【结果】(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到10个Gh SPS基因(Gh SPS1-Gh SPS10);(2)Gh SPS蛋白具有植物SPS家族特有的两个保守的蛋白结构域和3个相对保守的蛋白磷酸化位点;(3)进化分析表明,Gh SPS蛋白可聚为A、B和C共3个亚族,其中A亚族成员最多,包含6个GhSPS蛋白;(4)位于同一亚族的GhSPS基因具有相似的外显子-内含子分布模式,但是外显子/内含子数目在不同亚族间差异很大;(5)GhSPS基因均匀地分布在陆地棉A亚组和D亚组的5条染色体上,片段复制可能导致了GhSPS基因在陆地棉基因组中的扩增;(6)转录组分析表明,不同亚族GhSPS基因具有不同的组织表达模式,A亚族Gh SPS基因在被检测的各个组织均有较高的表达,B亚族GhSPS基因主要在叶片中高表达,C亚族Gh SPS基因主要在纤维、叶片和花瓣中高表达;(7)进一步荧光定量PCR分析表明,GhSPS4在叶片中表达量很高,GhSPS1在叶片和花瓣中表达量较高,Gh SPS7和Gh SPS10在被检测的各个组织均有较高的表达,该结果与转录组分析结果相对一致。【结论】陆地棉SPS基因家族包含10个成员,分布在5条染色体上,可分为3个亚族,不同亚族成员呈现出不同的表达模式,为后续深入解析陆地棉SPS家族基因的功能奠定理论基础。     

陆地棉蔗糖磷酸合成酶基因家族的鉴定及表达分析

【目的】蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase, SPS)是调控植物蔗糖代谢合成途径的关键酶,在植物光合产物的积累与分配方面发挥着重要作用,然而棉花中SPS基因的系统研究尚很少开展。本研究旨在对陆地棉SPS基因进行全基因组鉴定,并对它们的表达特性进行系统分析。【方法】基于已公布的陆地棉基因组序列,利用生物信息学和荧光定量聚合酶链式反应(Quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)等方法对陆地棉SPS家族基因的蛋白结构、进化关系、基因结构特征、染色体定位、基因复制和表达特性进行分析。【结果】(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到10个Gh SPS基因(Gh SPS1-Gh SPS10);(2)Gh SPS蛋白具有植物SPS家族特有的两个保守的蛋白结构域和3个相对保守的蛋白磷酸化位点;(3)进化分析表明,Gh SPS蛋白可聚为A、B和C共3个亚族,其中A亚族成员最多,包含6个GhSPS蛋白;(4)位于同一亚族的GhSPS基因具有相似的外显子-内含子分布模式,但是外显子/内含子数目在不同亚族间差异很大;(5)GhSPS基因均匀地分布在陆地棉A亚组和D亚组的5条染色体上,片段复制可能导致了GhSPS基因在陆地棉基因组中的扩增;(6)转录组分析表明,不同亚族GhSPS基因具有不同的组织表达模式,A亚族Gh SPS基因在被检测的各个组织均有较高的表达,B亚族GhSPS基因主要在叶片中高表达,C亚族Gh SPS基因主要在纤维、叶片和花瓣中高表达;(7)进一步荧光定量PCR分析表明,GhSPS4在叶片中表达量很高,GhSPS1在叶片和花瓣中表达量较高,Gh SPS7和Gh SPS10在被检测的各个组织均有较高的表达,该结果与转录组分析结果相对一致。【结论】陆地棉SPS基因家族包含10个成员,分布在5条染色体上,可分为3个亚族,不同亚族成员呈现出不同的表达模式,为后续深入解析陆地棉SPS家族基因的功能奠定理论基础。     

陆地棉KFB基因家族全基因组鉴定与表达分析

【目的】KFB(Kelch containing F-box protein)是普遍存在于各种生物体中含有F-box结构域的一类家族蛋白,参与众多生物过程。本研究旨在开展陆地棉KFB家族基因鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉(TM-1)基因组中鉴定KFB家族成员,与已知的拟南芥、水稻、大豆等KFB蛋白序列构建系统进化树;进一步针对第Ⅱ亚族进行基因结构、染色体定位和表达分析。【结果】从陆地棉基因组共鉴定出150个KFB家族成员,进化分析表明这些基因可分为7个亚族。陆地棉KFB第Ⅱ亚族24个基因分布在14条染色体上,有9对直系同源基因;该亚族基因结构简单,半数基因只有1个外显子;qRT-PCR结果表明,该亚族基因具有较为广泛的组织表达模式,但在不同组织的表达存在差异。【结论】这些结果显示陆地棉KFB第Ⅱ亚族基因在进化过程中出现了功能分化。     

谷子SBP转录因子的鉴定与表达分析

为明确谷子SBP基因家族成员、系统发育以及生物学功能,本研究通过构建隐马尔可夫模型和本地数据库,在谷子全基因组数据库中扫描含有SBP结构域的SBP基因家族成员,并进一步对染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和组织表达模式进行分析。从谷子全基因组数据库中共鉴定到20个SBP成员,以不均匀方式分布在9条染色体上;系统进化树分为GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ、GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ6个亚族;亲缘关系较近的基因具有相似的结构和保守基序,谷子SBP蛋白都含有保守motif 1和motif 2,大部分谷子SBP基因的内含子个数在1～4之间;谷子SBP基因在不同组织中的表达模式具有特异性,具有相同表达模式的基因聚类在一起。本研究初步明确了谷子SBP转录因子的分类、进化关系、结构特点以及组织表达模式。研究结果为进一步研究谷子SBP转录因子的系统发育以及生物学功能提供了理论基础,同时也为培育优良谷子种质资源提供科学依据。     

陆地棉漆酶基因家族鉴定及在黄萎病菌胁迫下的表达分析

黄萎病是降低棉花产量和品质较为严重的维管束病害。棉花在抵抗病原菌的过程中,抗病基因起着尤为重要的作用。漆酶是一种多功能氧化酶,在植物木质素合成和提高植株抗逆性等方面发挥着重要作用。高质量版本的基因组是提升基因家族分析准确性的必要条件。本研究以目前最新的陆地棉TM-1高质量版本基因组为参考,通过生物信息学分析鉴定了陆地棉基因组中的Laccase(GhirLAC)基因家族,并对其进行了理化性质、基因结构、染色体定位以及在黄萎病胁迫下的表达模式分析。结果表明,陆地棉TM-1基因组中共包含83个GhirLAC家族成员,分布在24条染色体上,所有GhirLAC蛋白均定位在胞外,且具有相同/相似的保守基序。系统发育树分析显示,GhirLAC基因家族成员可分为7个亚组。结合黄萎病胁迫下棉花转录组数据,将GhirLAC基因家族各成员的表达分为3种模式,其中第1类和第2类GhirLAC基因在黄萎病菌胁迫下分别呈现有规律的表达量升高和降低,推测这些基因在棉花抗黄萎病反应中发挥重要功能。荧光定量PCR结果表明,GhirLAC02(GhLAC4)、GhirLAC38(GhLAC11)和GhirLAC20(GhLAC12)3个候选基因均受黄萎病菌诱导表达,其表达趋势与转录组数据相吻合。本研究为以后深入解析棉花GhirLAC基因的抗病功能及分子机制奠定基础。     

四倍体棉花GAE基因家族的鉴定及其在棉纤维发育中的表达分析

【目的】通过对陆地棉及海岛棉GAE基因家族进行全基因组分析,为深入研究GAE基因家族在棉纤维发育中的功能提供理论依据。【方法】利用生物信息学分析软件,对GAE基因家族进行全基因组鉴定,根据转录组数据分析在纤维发育过程中的表达规律。【结果】陆地棉GhGAE家族包含21个成员,海岛棉GbGAE家族有22个成员,分为3个亚组,多数Gh GAEs和Gb GAEs基因没有内含子,共分布在12条染色体上。GAE氨基酸序列保守基序有4个,保守性较强,且GAE蛋白均定位于高尔基体膜。根据GAEs在陆地棉、海岛棉纤维发育不同时期的表达变化,将其分为纤维起始期高表达、纤维伸长期高表达、次生壁增厚期高表达、全时期低表达4类模式。其中GhGAE01、GhGAE02、Gh GAE11、Gh GAE12在陆地棉中高水平表达,GbGAE01、Gb GAE02、GbGAE11、Gb GAE12在海岛棉中高水平表达,推测这些基因可能在纤维发育过程中发挥着重要作用。【结论】上述结果为研究GAE基因家族在棉纤维发育中的功能提供了参考依据。     

陆地棉ADH基因家族的全基因组鉴定及表达分析

本研究利用生物信息学方法对陆地棉ADH家族基因进行全基因组挖掘和分析,系统地解析Gh ADHs的序列特征、基因结构、染色体分布、非生物胁迫下基因表达模式以及蛋白进化关系、结构域特征与亚细胞定位等。结果表明:陆地棉基因组中共鉴定得到28个ADH,分布在16条染色体上;对应氨基酸可分为ADH1、FDH1、ADH0和BAD1等4个亚家族,长度从292~440个不等。均含有两个主要的结构域:催化结构域及辅酶结合结构域,且具有相同的亚细胞定位;表达分析显示大部分Gh ADHs对ABA、干旱、盐、碱、淹水、低温和高温等1种或多种胁迫表现出显著应答,暗示Gh ADHs在抵抗非生物胁迫中可能发挥重要作用。陆地棉ADH家族基因的鉴定与表达分析,为深入解析ADH响应棉花非生物胁迫中的功能及分子机制奠定了理论基础,进一步为棉花抗逆育种提供更多基因资源。     

雷蒙德氏棉Argonaute基因家族的生物信息学预测与分析

Argonaute(AGO)蛋白是参与小RNA调控通路的重要元件,在生命体的生长发育过程中发挥着重要作用。本研究利用AGO蛋白的保守域在雷蒙德氏棉基因组中进行同源比对,鉴定出15个成员,并对其进行进化关系、染色体定位、基因结构、保守域、时空表达模式等分析。结果表明:该家族成员基因长度从3335到9086bp不等,其中11个基因被定位到7条染色体上;该家族成员可分为3个亚族,包含5个小组,各亚族内、小组间成员也存在很高的保守性;发现每个基因都有不同的时空表达模式,且各小组内成员之间存在协同和互补2种表达模式,找到在花器官特异表达的基因1个,胚珠中特异表达的基因3个。本文首次对棉花中AGO基因家族进行了鉴定和生物信息学分析,为进一步研究AGO基因家族在棉花中的功能奠定了基础。     

雷蒙德氏棉Argonaut基因家族的生物信息学预测与分析

Argonaute(AGO)蛋白是参与小RNA调控通路的重要元件,在生命体的生长发育过程中发挥着重要作用.本研究利用AGO蛋白的保守域在雷蒙德氏棉基因组中进行同源比对,鉴定出15个成员,并对其进行进化关系、染色体定位、基因结构、保守域、时空表达模式等分析.结果表明:该家族成员基因长度从3335到9086bp不等,其中11个基因被定位到7条染色体上;该家族成员可分为3个亚族,包含5个小组,各亚族内、小组间成员也存在很高的保守性;发现每个基因都有不同的时空表达模式,且各小组内成员之间存在协同和互补2种表达模式,找到在花器官特异表达的基因1个,胚珠中特异表达的基因3个.本文首次对棉花中AGO基因家族进行了鉴定和生物信息学分析,为进一步研究AGO基因家族在棉花中的功能奠定了基础.     

大白菜NPR家族基因鉴定及表达模式分析

为明确大白菜NPR转录辅助因子在大白菜基因组中的数量、结构和表达特点,揭示NPR在水杨酸信号途径调控大白菜生长发育过程中的作用。本研究利用拟南芥资源信息库TAIR10和芸薹属基因组网站Brassica Database鉴定大白菜基因组中的NPR家族成员,并对其蛋白和基因特性进行生物信息学分析。鉴定出大白菜基因组中包括11个NPR家族基因,分别定位在大白菜7条染色体上,具有1~5个外显子不等。BrNPR家族蛋白可聚类为6个分支,包含11个保守元件,并且所有BrNPR家族成员均含有DUF和Ank两个保守结构域,其中BrNPR1-4成员基因的编码区均含有核定位信号(NLS)。基因表达模式检测结果表明部分大白菜NPR基因在不同组织中具有组织特异的表达模式,BrNPR1B在根、茎和叶及BrNPR3B在花和种荚中表达显著,绝大部分BrNPR基因受盐胁迫诱导表达,部分BrNPR基因受根肿菌侵染诱导表达。本研究可为后续大白菜NPR基因的功能验证提供依据。     

甘蓝型油菜PEBP基因家族的鉴定与表达分析

植物磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-bindingprotein,PEBP)基因对于控制开花时间具有重要作用。油菜作为世界上最重要的油料作物之一,与模式植物拟南芥具有相似的开花习性。但有关油菜开花基因的功能研究相对较少。本研究利用拟南芥PEBP基因家族蛋白序列在油菜基因组内进行BlastP分析,获得油菜PEBP家族成员,并对其进行基因结构分析、motif预测、复制事件、进化树构建、选择压力分析和组织表达分析。结果表明,共有26个油菜PEBP基因成员得到鉴定,大部分成员含有4个外显子和3个内含子, motif-1和motif-2是PEBP成员的特征基序,超过76.9%的成员属于片段复制扩增事件。进化树分析显示, PEBP分为3个亚家族,基于转录组测序的组织表达数据表明油菜26个PEBP成员具有非常明显的组织表达特性。以上研究结果,极大丰富了我们对甘蓝型油菜开花基因及调控模式的认识,为进一步的分子育种提供了理论基础。     

玉米HSP90基因家族的全基因组鉴定与分析

热激蛋白90（HSP90）广泛参与生物体的生长发育,且积极响应多种非生物胁迫。为全面解析玉米HSP90基因家族信息,对HSP90基因家族进化树、基因结构、保守基序（motif）、GO富集和组织表达模式等进行分析,并进一步分析ZmHSP90-1基因响应干旱胁迫的表达模式及蛋白互作关系。结果显示,从玉米全基因组水平共鉴定到11个ZmHSP90家族基因,被划分为5个亚族（I~V）;相邻进化树分支上的ZmHSP90基因具有相似的motif和基因结构;GO富集分析显示,11个ZmHSP90基因均参与了蛋白质折叠过程;表达模式分析显示,11个ZmHSP90基因在不同组织或器官中均有表达,其中ZmHSP90-1基因的表达量相对较高;ZmHSP90-1基因在耐旱性强的玉米自交系中具有更高的表达量,且积极响应干旱和复水过程;蛋白互作预测显示,ZmHSP90-1可能与其互作蛋白协同响应非生物胁迫,发挥生物学功能。     

甘蓝型油菜SnRK基因家族生物信息学分析及其与种子含油量的关系

蔗糖非发酵相关蛋白激酶(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase,SnRK)是植物中广泛存在的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,它们参与调控植物的信号传导、逆境响应和种子生长等生物学过程。为了解析甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中SnRK基因家族的性质及其对种子含油量的影响,本研究对BnSnRK基因家族的系统进化、基因结构、蛋白质理化性质、保守基序、蛋白质二级结构、顺式作用元件和亚细胞定位预测等进行分析,并通过候选基因关联分析、单倍型分析和qRT-PCR筛选影响种子含油量的BnSnRK基因。结果显示,鉴定得到92个BnSnRK成员,分为3个亚族,分布于甘蓝型油菜19条染色体上,亚族之间蛋白质理化性质差异显著。多数基因拥有7~14个外显子;同一亚族的motif分布情况更相似。BnSnRK家族主要在细胞质中表达,蛋白质二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主。关联分析筛选出与油菜种子含油量相关的12个家族成员,基因BnaC02g10730D可能负向调控甘蓝型油菜种子含油量,基因BnaA07g12290D、BnaA10g22850D、BnaA08g18050D、BnaC04g44390D可能正向调控甘蓝型油菜种子含油量。不同环境之间种子含油量差异显著,且与含油量相关的12个成员均含有MYB、MYC和ABA响应元件,环境特异的含油量关联基因可能与植物非生物胁迫响应相关。本研究为BnSnRK基因功能验证及育种工作提供了理论参考。     

玉米BEL1-like基因家族的鉴定、表达和调控分析

BEL1-like(BELL)家族蛋白是植物中普遍存在的一类具有同源异型结构域的转录因子。拟南芥中BELL家族蛋白能与KNOTTED1-like蛋白互作形成异源二聚体,并结合到特异顺式作用元件来调控基因的表达,从而影响植物生长发育进程。本文采用隐马可夫(HMM)模型,在玉米基因组中鉴定到15个BELL家族基因(Zm BELL),分布于7条玉米染色体。通过与拟南芥BELL基因的序列比较将这些基因分为两大类。在玉米8种组织中Zm BELL有不同的表达模式,具有明显的组织表达特异性。基于基因共表达分析及BELL-like蛋白特异结合的顺式元件分析,预测到86个可能受Zm BELL调控的下游靶标基因。这86个基因和12个Zm BELL表达模式相同,并且在基因启动子区存在与BEL1-like蛋白结合的顺式元件。这些结果为进一步解析玉米BELL家族基因的功能和作用机制积累了有价值的资料。     

苹果SnRK2基因家族的鉴定和生物信息学分析

SnRK2（蔗糖非发酵1型相关蛋白激酶2）是植物特有的一类Ser/Thr 类蛋白激酶,参与植物体内多种信号途径的转导,在植物逆境生理过程中扮演了重要的角色。本文利用隐马可夫模型搜索和系统建树的方法,在苹果基因组中鉴定出了16个SnRK2基因家族成员,然后从系统发生、理化性质、二级结构、motif、C末端序列和EST等方面对其进行了预测和分析,并分析了苹果与拟南芥、水稻、玉米等的SnRK2基因家族之间的关系。结果表明,苹果中鉴定的基因与拟南芥、水稻、玉米所有的SnRK2蛋白一起分成了3个亚族。系统发生、motif和C末端序列分析表明,苹果SnRK2蛋白激酶家族具有较高的保守性。本研究为苹果SnRK2基因家族生物学功能的研究奠定了生物信息基础。     

大豆ZF-HD转录因子GmZHD1的克隆及表达分析

为了揭示大豆ZF-HD基因的生物学功能,通过PCR的方法,从大豆栽培豆科丰1号中克隆了ZF-HD转录因子Glyma.02g040100,命名为GmZHD1。生物信息学分析表明,该基因的c DNA全长为888 bp,编码295个氨基酸,GmZHD1蛋白分子量约为32.64 k Da,等电点为7.69;序列分析表明,GmZHD1含有ZF-HD家族保守的锌指结构域和同源异形盒结构域,GmZHD1与Ft HB2蛋白序列一致性最高,为44.4%;亚细胞定位结果显示GmZHD1定位于细胞核;荧光定量PCR结果表明,GmZHD1在大豆不同组织中都有表达,其中,花、种子和叶片中表达较高。此外,将GmZHD1基因连接到植物过表达载体p BA002上,为进一步研究大豆GmZHD1基因的功能奠定了基础。