桃GH3基因家族的生物信息学分析及其在果实发育中的表达

为了探索生长素酰胺合成酶（GH3）基因家族在桃（Prunus persica L. Batsch）果实生长发育过程中的作用,对桃基因组中的GH3基因家族进行生物信息学分析,对它们在溶质型和硬质型油桃果实发育成熟阶段的表达水平进行qRT-PCR检测。检测结果表明：桃GH3基因家族有8个成员,分别为PpGH3-1 ~ PpGH3-8,聚类分析表明其分为GroupⅠ和GroupⅡ两类。实时荧光定量PCR分析表明GroupⅡ型基因（PpGH3-1、PpGH3-2、PpGH3-3、PpGH3-4和PpGH3-5）在溶质型油桃中的表达水平高于硬质型油桃,其中PpGH3-3和PpGH3-4最为明显。经NAA处理后的硬质型油桃果实PpGH3-1、PpGH3-3、PpGH3-4和PpGH3-7相比对照上调表达,其中PpGH3-3上调表达最为明显。试验结果表明生长素在桃果实成熟软化过程扮演着重要的角色。     

黄瓜Aux/IAA基因家族的生物信息学分析

Aux/IAA基因家族是一个典型的被生长素诱导而表达的基因家族,可以被生长素快速诱导表达。采用生物信息学方法在黄瓜基因组中确定了28个Aux/IAA基因,除4号染色体外,其他6条染色体均有分布,编码蛋白序列在70~427个氨基酸残基之间,22个黄瓜Aux/IAA蛋白具有完整的4个保守结构域,进化方式多样化。该研究结果有助于黄瓜生长素信号转导途径的解析。     

桃Aux/IAA家族基因鉴定及在果实成熟过程中的表达分析

通过生物信息学鉴定桃基因组中生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)基因家族,并对其在溶质型和硬质型桃果实成熟阶段的表达水平进行q RT-PCR检测。结果表明:桃Aux/IAA基因家族包含22个成员,这些基因集中分布在5条染色体上,以第1条染色体上含有最多,为8个。大部分Aux/IAA基因包含高度保守的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ功能域,聚类分析表明其分为10类。基因结构分析显示这些基因包含2~5个外显子。荧光定量PCR分析表明10个Aux/IAA基因在溶质型桃果实的表达量高于对应时期硬质型桃果实,其中5个基因随着溶质型桃果实的成熟上调表达,特别是ppa010303m、ppa010871m和ppa020369m。试验结果表明桃Aux/IAA家族成员在结构上高度保守,其中多个成员(尤其是ppa010303m、ppa010871m和ppa020369m等)可能参与调控桃果实的成熟。     

桃生长素反应因子和生长素/吲哚乙酸蛋白家族基因的克隆及表达分析

生长素对果实发育起着重要的调控作用。生长素反应因子（auxin response factor,ARF）和生长素/吲哚乙酸蛋白（auxin/indoleacetic acids protein,Aux/IAA）是生长素信号转导系统中的两个关键因子,在转录水平上对生长素参与的生理活动进行调控。为探索生长素调控桃果实发育的机制,选取ARF家族的1 个基因PpARF1,Aux/IAA 家族的5 个基因PpIAA3、PpIAA9、PpIAA17、PpIAA26 和PpIAA29,克隆其全长cDNA 序列并进行生物信息学分析,对它们在桃果实不同发育时期中果皮和种子的表达进行qRT-PCR 检测。序列分析表明：这6 个基因的编码区全长分别为2 037、594、1 194、618、384 和723 bp,分别编码678、197、397、205、127 和240 个氨基酸;氨基酸序列比对分析显示桃PpARF1 蛋白序列和草莓的FvARF1（XP_004300014.1）同源性最高,达到90.56%,PpIAA 家族的5 个蛋白同源性很低,只有23.77%;荧光定量PCR 结果显示,在花后52 d（果实发育硬核期）,PpIAA3 和PpIAA17 在中果皮中的表达量显著升高;PpIAA26、PpIAA29 和PpARF1 在种子中的表达量显著升高。预示生长素可能在桃果实发育硬核期发挥着重要的调控作用。     

甘蓝ARF基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起重要作用。以公布的甘蓝基因组数据库为基础,采用生物信息学方法鉴定出29个ARF基因,命名为BoARFs,研究分析了其基因结构、染色体分布、蛋白质保守结构域、系统进化树及表达模式,以期为甘蓝ARF基因家族功能的深入研究提供参考依据。结果表明:BoARF家族基因结构相对复杂,含有2~14个外显子;在染色体上呈不均匀分布,除BoARF29基因未定位到染色体上外,其它基因均定位在不同的染色体上;所有BoARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,但只有21个BoARF蛋白包含1~2个AUX/IAA结构域;转录组数据表达模式分析表明,ARF基因具有不同的组织表达模式,部分基因表现出组织特异性。     

桃脂氧合酶基因家族生物信息学及其表达特性分析

【目的】脂氧合酶(lipoxygenase;LOX;linoleate oxygen oxidoreductase;EC1.13.11.12)作为一种重要的酶,广泛参与植物生长、发育、成熟、衰老及植物抗逆过程,因其重要作用一直是国内外研究的重点和热点。研究利用生物信息学方法对桃LOX基因家族进行发掘和预测,以期为桃LOX家族基因鉴定和功能分析提供基础信息,并在分子水平上为桃品种改良及采后保鲜提供明确的候选基因。【方法】采用生物信息学方法研究了桃LOX基因家族成员数目、系统进化关系、假定蛋白质结构及分类,运用q RT-PCR技术研究LOX基因家族在桃特异组织中的表达模式。【结果】桃LOX基因家族包含13个假定蛋白,9-LOX和13-LOX类型分别有6个成员,另外存在1个特殊类型,与苹果具有相似性;桃LOX蛋白氨基酸序列一致性在33.76%~90.84%;13个LOX家族成员绝大多数是两性氨基酸,9-LOX类型的6个家族成员的理论等电点都小于7,13-LOX类型各等电点没有规律;13个蛋白质的二级结构除ppa017962m外以无规则卷曲为主要构成元件;染色体定位分析表明,LOX家族基因并非平均分布在桃的8条染色体上,其中6号染色体上桃LOX基因分布最多,ppa017962m未定位在任何特异染色体上;q RT-PCR的组织特异性表达结果表明,LOX基因家族主要在果实和茎中的相对表达量较高。【结论】分离并鉴定了13个桃LOX家族基因,其不均匀地分布在桃染色体上;多数桃LOX基因主要在果实和茎部表达;ppa001634m、ppa001082m、ppa001216m、ppa001016m、ppa017962m在果实中的表达量最高,可能参与调控桃果实衰老软化过程。     

荔枝CDPK基因家族鉴定及其在霜疫病胁迫下的表达分析

【目的】鉴定荔枝（Litchi chinensis Sonn.）钙依赖蛋白激酶（CDPK）基因家族，并分析其在不同组织和荔枝霜疫病胁迫下的表达模式。【方法】基于荔枝基因组数据，利用生物信息学方法鉴定CDPK家族基因，并对其序列特征、基因结构、启动子顺式作用元件、染色体定位和进化关系等进行分析。依赖276份荔枝种质材料，筛选高抗霜疫病的优良荔枝品种。另外，通过RNA-Seq和qRT-PCR方法检测高抗病荔枝品种中LcCDPK基因家族成员在荔枝霜疫病胁迫处理下的表达模式。【结果】从276份荔枝自然群体材料中鉴定到荔枝高抗霜疫病品种裕荣1号（YR1）。从荔枝基因组中共鉴定出19个LcCDPK基因家族成员，分布于11条染色体上。根据保守结构域和系统发育分析将其分为4个亚家族。基因结构分析表明，LcCDPKs外显子数量为7～19。蛋白结构分析发现，所有LcCDPK蛋白均具有1～4个EF-hand结构域。顺式作用元件分析表明，LcCDPKs成员拥有大量的生物和非生物胁迫响应元件。组织表达分析发现，LcCDPK基因在荔枝不同组织存在组织特异性。另外，表达分析发现在高抗霜疫病荔枝裕荣1号（YR1）中，...     

芸薹属大白菜Aux/IAA基因家族的生物信息学分析

Aux/IAA基因家族在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。现主要从基因组水平研究白菜Aux/IAA基因的分布及特征。结果表明:从BRAD共检测到59条白菜Aux/IAA基因,不均等分布在白菜的全部10条染色体上。通过多重比对和基序探测结果显示,40条白菜Aux/IAA基因具有4个保守基序,其它基因的保守基序则有不同程度的分化。系统进化分析表明,Aux/IAA基因家族可分为7个亚家族。通过表达模式预测发现,白菜Aux/IAA基因家族表达模式也有较大差异。     

石榴ARF基因家族鉴定及表达分析

【目的】筛选并分析石榴生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族,为解析石榴ARF基因功能及信号转导调控机制的研究提供参考。【方法】利用生物信息学工具,系统地分析石榴ARF基因家族成员的基因结构、蛋白理化性质、蛋白结构、保守基序、系统进化和RNA-Seq数据。【结果】石榴全基因组中鉴定出19个可能的ARF家族基因,根据系统发育树可以划分为4类。PgARF基因家族成员的扩张与全基因组复制事件有关,存在串联重复现象。RNA-Seq数据分析表明,PgARF有一定的组织表达特异性,存在假基因化和新功能化的可能。【结论】整合以上基因结构、系统发育与进化、RNA-Seq表达等分析结果,发现石榴ARF蛋白具有典型的B3、Auxin_resp结构域,多数还具有Aux/IAA结构域。石榴ARF基因家族基因结构和保守基序的进化与进化时间相关,同时家族成员扩张主要与全基因组复制事件相关。     

桃EXPANSIN基因家族序列特征及其在根结线虫侵染后的诱导表达分析

【目的】探索扩张蛋白(EXPANSIN)基因家族在桃抗南方根结线虫过程中的作用。【方法】首先对桃基因组中的EXPANSIN基因家族进行生物信息学分析,然后利用转录组测序对EXPANSIN基因在南方根结线虫侵染免疫型(‘红根甘肃桃1号’)和高感型(‘贝蕾’)桃种质根系后的不同时期的表达丰度进行分析。【结果】桃EXPANSIN基因家族有27个成员,这些成员分布在8条染色体上,以第2和第5号染色体上最多,均为5个。基因结构分析显示,这些基因包含1~5个外显子,大部分EXPANSIN基因包含DPBB_1和Pollen_allerg_1保守结构域,聚类分析将这27个成员分为2大类,其中有8个与拟南芥中已注释的与线虫侵染过程中巨细胞形成有关的蛋白质聚在一起,均属于EXPA亚类。转录组分析表明,这8个EXPANSIN基因在对南方根结线虫免疫和高感2种种质不同时期的表达趋势存在明显差异,其中ppa010314m、ppa010226m在‘贝蕾’中表达量随侵染上调,而在‘红根甘肃桃1号’中上调不明显,这2个基因可能是参与南方根结线虫侵染过程中巨细胞形成的关键基因。【结论】桃EXPANSIN家族成员在结构上高度保守,其中多个成员可能参与调控桃抗南方根结线虫过程。     

黄瓜细胞分裂素合成关键酶IPT 基因家族序列特征及其表达分析

 为了分析黄瓜IPT家族基因,以及黄瓜IPT基因CsIPT与果实发育的关系,以黄瓜单性结实自交系‘EC1’和非单性结实自交系‘8419s-1’为试材,应用荧光定量PCR技术,在分析不同器官中CsIPT表达特征的基础上,寻找果实发育中的作用基因,进一步分析这些基因在果实发育过程中的表达特征。结果表明：8个黄瓜IPT基因（CsIPT1 ~ CsIPT8）核苷酸相似性在17.3% ~ 33.2%范围内,氨基酸长度在280 ~ 504 AA之间,具有共同的ATP/GTP结合功能域[(A,G)-X₄-G-K-(S,T)],CsIPT4氨基酸序列中包含有一个锌指基序（C-X₂-C-X_12,18-H-X₅-H）类似序列;黄瓜幼果中CsIPT3、CsIPT5、CsIPT7和CsIPT8表达水平较高;CsIPT1、CsIPT3、CsIPT4和CsIPT5的表达量在未发育的果实中有增加的趋势,CsIPT2和CsIPT8在未发育的果实中表达基本无变化,而在授粉后发育的果实中表达量很高,说明这两个基因可能与授粉后黄瓜果实发育调控有关。此外,CsIPT2在天然单性结实材料‘EC1’果实发育早期表达较高,推测其在黄瓜单性结实果实发育中发挥着重要作用。     

桃果实中miR160a与其靶基因ARF的鉴定及对IAA的响应分析

以水蜜桃品种‘小白凤’果实为试材,利用miR-RACE技术验证了桃mi R160a的精确序列,克隆了其3个ARF靶基因(PpARF18、PpARF17和PpARF18-like)的ORF序列。利用RLM-RACE技术以及qRT-PCR方法对Ppe-miR160a作用于3个靶基因的模式及频度进行了分析。结果表明,Ppe-miR160a的精确序列与预测序列在5′端和3′端均存在1个碱基的差异,其3个靶基因ARF均含有高度保守的B3和生长素响应DNA结合域。RLM-5′RACE结果显示,Ppe-miR160a以裂解的方式作用于3个ARF靶基因,且裂解位点均位于Ppe-miR160a5′端的第9和第10位碱基之间。IAA响应分析表明,与对照相比,IAA处理后的桃果实中Ppe-miR160a以及3个靶基因3′端裂解产物的表达量均显著升高。以上结果表明桃果实中的Ppe-miR160a通过介导其3个靶基因的裂解参与生长素信号途径调控。     

K+/H+逆向转运体基因PpeKEA在桃开花期的表达及对钾肥施用的响应

从‘霞晖8号’桃花中克隆并鉴定了6个K+/H+逆向转运体基因PpeKEA,在转录水平分析其在桃花发育不同时期的表达模式及对钾肥施用的响应,明确关键基因并验证其功能。结果表明,钾肥施用显著增强盛花期桃花的鲜样质量,提高花朵钾素富集水平。PpeKEA1 ~ PpeKEA6在桃花开放不同时期的表达水平存在差异,均在盛花期达到最高,其转录水平对施用钾肥的响应不同;PpeKEA1在整个桃花开放不同时期的表达量较高,钾肥处理显著增强其在花蕾膨胀期和初开期的表达并抑制其在败落期的表达量;表达载体pDR196-shortKEA1能赋予酵母菌感受态细胞AXT3突变体适应高钾环境而正常生长,说明PpeKEA1的C端区域具有调节桃花组织内K+转运和平衡的功能。本研究表明PpeKEA1是一个桃花开放过程中调节K+平衡的K+/H+逆向转运体,并可能在桃树钾素营养的动态平衡中起着重要作用。     

梨蔗糖合成相关酶SUS和SPS基因家族的鉴定与表达分析

运用生物信息学方法,对梨蔗糖合酶（SUS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）基因进行全基因组鉴定与基因结构、系统发育关系、蛋白质保守功能域、染色体定位和基因进化模式分析,利用转录组数据和实时荧光定量PCR技术分析低蔗糖型‘砀山酥梨’和高蔗糖型‘翠冠’果实发育过程中SUS和SPS家族基因的表达模式。结果表明,梨中包含17个SUS基因（PbrSUS1 ~ PbrSUS17）和8个SPS基因（PbrSPS1 ~ PbrSPS8）;SUS基因家族分为3个亚家族,分别为SUS1、SUSA和SUS2。梨SUS和SPS基因家族成员不均匀地分布在10条染色体上,主要通过片段复制事件进行扩张,且在进化过程中主要受纯化选择作用。PbrSPS3、PbrSPS4、PbrSPS8、PbrSUS2和PbrSUS15是调控梨果实蔗糖合成积累的重要基因。     

桃果实PpOAT 和PpP5CS 的克隆及其对外源#br# GABA 处理的响应表达

 利用RT-PCR 结合RACE 技术从‘玉露’桃果实中克隆得到Δ1–吡咯啉–5–羧酸合成酶 （P5CS）和鸟氨酸转氨酶（OAT）基因的全长cDNA 序列,分别命名为PpP5CS 和PpOAT（GenBank 登 录号分别为KP973954 和KP973956）。PpP5CS 全长2 511 bp,开放阅读框为2 151 bp,编码717 个氨基酸 组成的蛋白质多肽,5′-UTR 长度为123 bp,3′-UTR 序列长度为235 bp;PpOAT 全长1 686 bp,开放阅读 框1 416 bp,编码472 个氨基酸,5′-UTR 长度为151 bp,3′-UTR 序列长度为119 bp。进化树分析发现, PpOAT 和PpP5CS 与湖北海棠的同源性最高,与MhOAT 和MhP5CS 的相似性分别达到88%和91%。采 用荧光定量PCR 分析了外源5 mmol · L-1 GABA 处理对桃果实0 ℃贮藏期间果实冷害发生和内源脯氨酸 合成关键基因PpOAT 和PpP5CS 表达的影响。结果表明,GABA 处理能显著抑制‘玉露’桃果实0 ℃贮 藏期间果肉出汁率的下降,减轻冷害。通过上调果实中PpOAT 和PpP5CS 的表达,提高内源脯氨酸的合 成和积累,进而增强了果实抵抗低温胁迫的能力,可能是外源GABA 处理减轻桃果实冷害的重要原因。     

‘南通小方柿’乙醇脱氢酶基因DkADH1的克隆及表达分析

以‘南通小方柿’果实为材料,采用同源克隆的方法,获得了柿乙醇脱氢酶基因DkADH1,其全长为1 377 bp,开放阅读框为1 137个核苷酸,编码379个氨基酸,具有ADH基因典型的结构域和功能域,与番茄、苹果等双子叶植物亲缘性较近。以‘南通小方柿’不同组织为材料,采用qRT-PCR方法对DkADH1及单宁生物合成途径中的相关基因的表达进行分析,同时测定了不同时期果实的单宁含量,结果表明在果实发育过程中,可溶性单宁含量逐渐降低,而不溶性单宁含量不断升高;DkADH1基因在茎、叶、花、果实等器官中均有表达,在果皮中表达量最高。随着果实的成熟,DkADH1表达量总体呈上升趋势。柿果实中单宁合成途径中的相关基因DkF3′5′H和DkMYB4随着乙醇处理果实时间的延长表达量呈下降趋势,推测‘南通小方柿’DkADH1能够抑制单宁合成相关基因的表达,从而降低果实可溶性单宁含量。     

桃MRLK家族全基因组鉴定及蚜虫侵染后的表达分析

以Malectin（PF11721）、Malectin-like（PF12819）和Pkinase（PF07714）保守域全蛋白序列为种子序列，鉴定桃（Prunus persica）基因组中全部MRLK类受体激酶（Malectin receptor-like kinases）家族成员，并利用转录组测序分析桃绿蚜侵染不同时间MRLK在抗蚜和感蚜品系材料中的表达情况。利用生物信息学手段进行分析，共获得41个MRLK家族成员，这些基因分布在桃的8条染色体上。家族成员氨基酸数量介于391 ~ 1 035 aa，分子量44.05 ~ 115.09 kD，等电点5.38 ~ 9.16。分析系统进化树发现拟南芥、水稻和桃的MRLK家族分为5个亚组，其中桃MRLK家族成员分布在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ亚组上。亚细胞定位预测显示该家族成员全部定位在细胞膜上。顺式作用元件预测结果显示该家族成员启动子包含光、激素以及响应生物与非生物胁迫的作用元件。桃绿蚜侵染结果表明，桃MRLK家族中19个基因在5个桃材料中均未表达，15个基因在抗蚜品系‘P5868’与其他4个材料之间无差异表达。PpMRLK2、PpMRLK9、PpMRLK22、PpMRLK23、PpMRLK24、PpMRLK26和PpMRLK32在抗蚜品系‘P5868’中表达量比其他品系高，其中PpMRLK26表达量差异显著。进一步分析发现，在抗蚜品系‘P5868’中表达的22个MRLK呈组成型表达，蚜虫侵染处理不会对基因的表达产生影响。综上，推测PpMRLK26可能调控抗蚜品系‘P5868’的抗蚜性状的形成。     

黄肉桃中PpSGRs对蓝光的响应及其对贮藏中类胡萝卜素积累的影响

为揭示蓝光处理促进黄肉桃果实类胡萝卜素积累的机制,以黄肉桃‘金丽’果实为研究对象,从桃基因组中筛选出PpSGR1和PpSGRL基因进行生物信息学分析,并通过q-PCR分析PpSGR1和PpSGRL在不同组织和不同发育阶段果实及其在40 μmol · m^-2 · s^-1蓝光处理果实中的表达。结果表明,PpSGR1具有多半胱氨酸保守域,属于SGR亚族;PpSGRL基因C端突变失去多半胱氨酸保守域,属于SGR-Like亚族;PpSGR1和PpSGRL都含有叶绿体信号肽,与梅亲缘关系最近。PpSGRs在‘金丽’桃不同组织和不同成熟阶段果实中均有表达,其中PpSGR1与果实采后类胡萝卜素的合成密切相关。蓝光处理可快速抑制桃果实PpPIF3进而抑制PpSGR1的转录,促进贮藏前期果实中PpPSY的表达,提高类胡萝卜素的合成和积累。同时,蓝光处理可能通过促进桃果实内源乙烯合成,上调PpSGR1表达进而抑制PpPSY转录水平,降低桃果实贮藏后期类胡萝卜素的合成能力。