茶树脂肪氧合酶(LOX)基因家族成员的分子进化及密码子偏好性分析

脂肪氧合酶(lipoxygenase,LOX,EC 1.13.11.12)是一类含有铁离子的血红素双加氧酶,专一催化多元不饱和脂肪酸加氧反应。基于茶树基因组数据,对筛选获得的12个LOX基因家族成员的分子特性、进化规律及密码子偏好性进行分析归纳。理化性质检测结果表明,茶树LOX家族成员中以Cs LOX6的开放阅读框(open reading frame,ORFs)最长(2 778 bp),编码925个氨基酸,蛋白分子量为104.5 k Da。通过氨基酸序列同源比对,构建茶树LOX基因家族成员与26个物种(均系双子叶植物纲)的37个LOX基因的系统发育进化树,结果发现,茶树LOX基因家族成员可被分为9-LOX亚族(5个)、13-LOX TypeⅠ亚类(5个)及13-LOX TypeⅡ亚类(2个),但13-LOX TypeⅡ亚类中的Cs LOX5基因,并不具有转运肽(transit peptide)前导序列。对茶树基因组LOX家族成员基因密码子相对偏好使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)及偏好性参数进行分析,结果表明:茶树LOX基因家族成员存在着4个密码子在编码基因上被高频率选用,9个密码子被低频率选用;茶树LOX基因家族成员的密码子选用偏好性普遍较弱,并偏好以A/T作为结尾。此外,以最近邻元素法(Neighbor-Joining,NJ)对密码子RSCU值进行聚类分析,结果发现,RSCU值的聚类与以编码序列(coding sequences,CDS)构建的系统发育进化树之间,在Cs LOX10基因的聚类上存在差异。     

茄子脂氧合酶家族基因全基因组鉴定与表达分析

脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)是一类重要的含非血红素铁的蛋白,在植物生长发育、响应生物和非生物胁迫时起重要作用。为进一步明确茄子中LOX基因及其进化关系,对茄子全基因组进行分析筛选,共鉴定出12个SmeLOX基因。它们分布在茄子1、3、8和9号染色体上。系统发育树分析表明,茄子LOX家族基因可分为9-LOX、type I 13-LOX和type II 13-LOX 3类。此外,利用实时荧光定量PCR对鉴定出的12个茄子SmeLOX基因进行组织表达分析,结果表明,SmeLOX1、SmeLOX4、SmeLOX6和SmeLOX8基因在茄子5种组织(根、茎秆、叶片、花、果实)中均有表达。研究结果为进一步研究SmeLOX基因在茄子生长发育过程中的功能提供了科学依据。     

玉米COBRA家族成员全基因组鉴定与表达模式分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定的植物特异性蛋白，在初生和次生细胞壁的纤维素生物合成中发挥重要作用。通过生物信息学方法，从玉米基因组中发现了9个COBRA家族基因，并对其基因结构、系统发育和表达模式等进行了分析。结果表明，9个COBRA家族基因都含有CCVS保守结构域，并且均定位于细胞膜上。系统进化分析结果显示，该家族可以分为2个亚族，每个亚族内的基因具有相似的基因结构和理化性质。基因表达分析结果表明，所有COBRA家族成员响应多种非生物胁迫，且当植株受到紫外照射处理时，ZmCOBL1～ZmCOBL3和ZmCOBL7～ZmCOBL9这6个基因均表现出上调应答。     

辣椒CUL家族基因的鉴定与表达分析

CUL家族成员在植物体内发挥着重要作用,但关于辣椒CUL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析报道较少。本研究对辣椒CUL基因家族进行了全基因组鉴定和表达分析。结果表明,共有12个CaCUL家族基因被系统鉴定,编码序列(CDS)全长为777～2 952 bp,非均匀地分布在6条染色体上,系统进化树将CUL基因分为4个亚家族。保守结构域分析结果表明,所有CUL蛋白均含有Cullin结构域,除此之外,有8个成员含有Cullin-Nedd8结构域,CaCUL1.6蛋白含有NB-ARC结构域。亚细胞定位预测发现CaCUL均定位于细胞质、细胞核。CaCUL基因的启动子中有多种与激素和胁迫响应等相关的顺式作用元件。基因表达模式分析结果表明,在不同生长阶段的不同组织中CUL参与了辣椒植株的生长和发育;在非生物胁迫中,大部分CUL基因都具有应激反应。本研究为进一步解析CaCUL家族基因在辣椒生长发育和非生物胁迫应答中的作用机理奠定了基础。     

茎瘤芥BXL基因家族的全基因组鉴定及在瘤状茎膨大过程中的表达分析

为深入解析BXL家族基因在茎瘤芥发育中的功能，利用生物信息学方法从茎瘤芥全基因组鉴定出16个BjuBXL，并系统分析了BjuBXL家族蛋白的理化性质、基因结构、保守基序、染色体定位和在茎膨大过程中的表达。结果表明：16个BjuBXL基因分为7类，共2个亚族，其中BjuBXL1-1~ BjuBXL1-4与拟南芥中参与细胞壁代谢和植物发育的AtBXL1亲缘关系相近；7个BjuBXL定位于A亚基因组的5条染色体上，8个定位于B亚基因组的4条染色体上；荧光定量PCR分析表明BjuBXL1-1和BjuBXL1-2在茎膨大过程中均明显上调，而且在茎的内髓区（P2~P4）表达量均显著高于外髓区（P1），可能参与茎膨大过程中茎内髓区的细胞壁代谢。     

番茄GT-1基因组织表达模式及非生物胁迫、植物生长调节剂响应分析

【目的】完善番茄GT-1亚家族基因的相关功能信息，为进一步研究Trihelix转录因子调控植物生长发育过程、提高植物非生物胁迫的抗性能力提供参考。【方法】利用生物信息学方法对GT-1基因进行生物进化分析，利用RT-PCR技术鉴定GT-1基因对非生物胁迫和植物生长调节剂的响应。【结果】（1）番茄中包含3个GT-1基因，即SlGT-21、SlGT-24和SlGT-35，进化分析表明番茄GT-1基因存在功能分化。（2）表达模式分析发现，3个基因于番茄所有组织中均表达，特别是果实发育阶段，推测SlGT-21、SlGT-35有部分类似功能。（3）3个GT-1基因受干旱抑制，但SlGT-24受抑制更明显；3个基因均响应盐胁迫，SlGT-21、SlGT-35基因被较明显抑制。（4）3个基因受植物生长调节剂GA（赤霉素）、 EBR（表油菜素内酯）、 MeJA（茉莉酸甲酯）抑制，但SlGT-24、 SlGT-35受ABA（脱落酸）诱导，而SlGT-24还受ACC(1-氨基环丙烷羧酸)诱导。【结论】番茄GT-1亚家族3个基因受盐、干旱的调控，且对植物生长调节剂的响应明显。该研究为深入探究GT-1亚家族成员...     

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。     

烟草YABBY基因家族的全基因组鉴定与分析

YABBY基因家族是种子植物特有的一类转录因子，具有C₂C₂锌指结构域和YABBY结构域，该家族在植物的发育过程中起重要调控作用。为研究烟草YABBY基因家族的成员及其作用，利用生物信息学技术从烟草基因组数据库中鉴定YABBY基因，并分析其蛋白理化性质、构建系统发育树、分析启动子顺势作用元件等。结果表明：在烟草基因组中一共鉴定到7个NtYABBYs基因，分为5个亚家族，均无跨膜结构，定位于细胞核内，启动子顺式作用分析表明NtYABBY基因含有与植物生长发育、植物激素、防御与胁迫等相关的顺势作用元件。该结果可为烟草NtYABBYs基因家族的进一步研究提供理论基础。     

‘海尔特兹’红树莓果实发育过程中NLPs(NIN-like proteins)转录因子家族的生物信息学分析

为探究‘海尔特兹’红树莓中NLPs(NIN-like proteins)转录因子家族成员的基本特征和表达模式，本研究利用生物信息学技术对‘海尔特兹’红树莓4个发育时期（青果、黄果、红果、深红果）果实的NLP基因家族成员进行分析。结果表明：红树莓中3个NLPs转录因子都含有RWP-RK结构域，其中RuNLP1和RuNLP2的保守基序相同；红树莓的NLPs转录因子家族成员与野草莓和月季的NLPs转录因子家族进化关系最近，且NLPs基因家族的基因扩增发生在单子叶植物和双子叶植物祖先分化之前；RuNLP1和RuNLP2为酸性不稳定的亲水性蛋白质，而RuNLP3为碱性不稳定的亲水性蛋白质；三者都不含信号肽和跨膜结构；RuNLP1和RuNLP2蛋白质均定位于细胞核，而RuNLP3定位于细胞核和叶绿体；二级结构的预测结果显示，结构占比均以无规卷曲为主，α螺旋次之，与三级结构预测结果基本一致，结果较为可靠；RuNLPs转录因子家族成员之间不存在互作现象；RuNLPs基因家族3个成员的表达量随果实逐渐成熟均减少。本研究为RuNLPs转录因子家族在红树莓果实发育过程中的分子机制提供了理论基础。     

黄瓜脂氧合酶基因CsLOX2的克隆及表达分析

【目的】以华北型黄瓜种质26号为材料克隆黄瓜脂氧合酶基因CsLOX2的cDNA全长并分析其序列特征,在此基础上研究该基因在果实发育进程中的表达模式、酶活性变化及相应的C6醛类物质含量,为研究脂氧合酶基因在黄瓜果实醛类香气物质形成中的作用机制奠定基础。【方法】以华北型黄瓜种质26号为材料,通过RT-PCR和RACE技术克隆黄瓜的脂氧合酶基因CsLOX2的cDNA全长并分析其生物信息学特征,对CsLOX2在果实发育进程中的表达模式进行Real-time PCR检测,通过气质联用（GC-MS）技术测定相应的C6醛类香气物质的含量并利用分光光度法测定LOX酶活性。【结果】华北型黄瓜种质26号的CsLOX2基因cDNA全长2 878 bp,ORF区为2 640 bp,编码879个氨基酸,推导的蛋白质分子量为99.39 kD,等电点为6.28。通过氨基酸序列比对发现,该基因编码的氨基酸序列具有脂氧合酶家族的3个重要特征区域及植物LOX中皆具有的6个高度保守的组氨酸,该序列与其它物种的脂氧合酶氨基酸序列具有较高的同源性。根据其N端序列特征推测CsLOX2属于I类LOX,具有13-LOX活性。Real time-PCR分析结果表明,该基因在花后3 d表达量最高,此后下降,至花后15 d最低;脂氧合酶的活性自开花当天逐渐上升,至花后12 d达到最高,此后下降;C6醛类香气含量在果实发育始期较高,随果实发育进程逐渐下降,至花后12 d最低。【结论】利用RACE技术克隆了华北型黄瓜种质26号脂氧合酶基因CsLOX2的cDNA全长,序列分析表明该基因具有植物LOXs的特征结构域。CsLOX2基因表达高峰先于脂氧合酶活性高峰的出现,C6醛类香气含量在果实发育始期较高,随果实发育进程逐渐下降。该研究结果将为进一步探讨脂氧合酶基因在黄瓜果实醛类香气物质形成中的作用机制奠定基础。