谷子Ⅲ型PRX基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫下表达分析

Ⅲ型过氧化物酶(Class Ⅲ peroxidase, PRX)是植物中特有的过氧化物酶家族,在植物生长发育以及非生物胁迫中发挥重要作用。谷子作为C4植物是禾本科抗逆研究的模式植物,然而目前对于谷子中Ⅲ型过氧化物酶家族基因功能鲜有报道。为探究谷子Ⅲ型过氧化物酶基因家族(SitPRXs)在干旱胁迫和ABA诱导下的表达模式,进行了全基因组表达分析。本研究利用生物信息学方法在谷子全基因组中鉴定出132个Ⅲ型PRX基因家族成员,并根据其在染色体上位置顺序依次命名为SitPRX1～SitPRX132。通过对谷子、拟南芥和水稻的系统进化分析将其分为5个亚家族,基因结构和保守基序分析表明同一亚家族具有较高的保守性。基因复制分析显示, 17个SitPRX基因(13%)存在片段复制,78个SitPRX基因(59%)存在串联复制,串联复制事件在SitPRX基因扩增中起重要作用。谷子与拟南芥、水稻和玉米的物种间同源性分析显示谷子中大多数SitPRXs是在双子叶植物和单子叶植物分化后形成的。转录组分析显示, SitPRX基因家族成员在谷子幼苗、根、茎、叶以及圆锥花序中表达存在差异。启动子顺式作用元件分析显示,...     

全基因组鉴定和表达模式分析玉米AP2转录因子

AP2属于AP2/ERF转录因子家族中的一个亚族,其主要特征是具有2个独立的AP2/ERF结构域。本研究利用生物信息学的方法在玉米基因组中鉴定到22个玉米AP2转录因子,并对其理化性质、基因结构、保守基序、系统进化关系和表达模式进行了分析。结果表明,玉米AP2家族成员的理化性质差异较大,且都属于亲水性蛋白。系统进化分析表明玉米AP2家族基因被分为euANT、baselANT、euAP2三个亚组,相同亚组的基因具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现玉米AP2家族基因中不存在基因串联重复事件,只存在两对片段复制事件,同时结果表明禾本科AP2家族基因之间具有很好的共线性关系。表达模式分析发现ZmAP2基因广泛参与植物的生长发育。转录组数据分析发现,在盐胁迫下一共鉴定到16个ZmAP2基因。本研究为进一步研究玉米AP2转录因子家族的生物学功能提供了科学依据。     

番茄RAV基因家族鉴定及生物信息学分析

RAV (Related to ABI3/VP1)基因是植物特有的转录因子,在调控胁迫响应和生长发育等过程中起着重要作用。为了明确番茄RAV基因家族成员并为其功能研究奠定基础,本研究在番茄全基因组范围内鉴定了RAV基因并对其进行系统的生物信息学分析。结果表明,番茄中有9个RAV家族基因,可以分为4个分支且同一分支内的基因结构和结构域相对保守。番茄、水稻和拟南芥RAV基因的同源进化关系、基因结构和保守基序分析结果表明,3个物种中的RAV基因的进化相对保守,预示着其功能的相似性。共线性分析结果表明,片段复制事件对番茄RAV基因家族的进化和扩张起着重要作用。与水稻RAV基因相比,番茄和拟南芥的RAV基因的进化关系更近。顺式作用元件分析表明,番茄RAV可能通过参与激素代谢参与逆境胁迫和生长发育等生物学过程。本研究结果揭示了番茄、拟南芥和水稻RAV基因的同源进化关系和番茄RAV基因的潜在功能,为进一步研究番茄RAV基因的生物学功能提供理论基础。     

小麦及其祖先物种GRF转录因子家族鉴定与表达分析

生长调控因子(growth-regulating factor, GRF)在植物的生长发育、逆境响应和激素信号转导中起着重要的调控作用。系统分析小麦及其祖先物种GRF转录因子家族成员在基因组上的分布、结构、进化以及表达特性,对于深入研究GRF家族的生物学功能和小麦的进化具有重要的意义。本研究利用生物信息学方法,对乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦5个物种的GRF成员进行全基因组鉴定,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、启动子顺式作用元件以及表达特性进行了分析。结果表明,乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦中分别有15、12、19、29和53个GRF成员,通过种间共线性分析发现,TtGRFs分别有18个和29个成员与TuGRFs和AesGRFs具有共线性, TaGRFs分别有36个和37个成员与TtGRFs和AetGRFs具有共线性。启动子顺式作用元件预测发现GRF基因具有基本的转录元件以及一些与生长发育和逆境响应的结合元件。RT-qPCR分析表明,多数GRF基因在外源IAA、GA和干旱胁迫条件下呈上调表达趋势,而在高温胁迫条...     

林烟草中与蛋白激酶NsylCIPK24a互作的NsylCBL蛋白家族成员的筛选鉴定

植物CIPK蛋白激酶家族(CBL-interacting protein kinase)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族,该家族成员通过与上游的CBL蛋白(Calcineurin B-like protein)互作,形成CBL-CIPK信号系统,参与调控植物的生长发育和逆境胁迫响应过程。早期研究发现,拟南芥AtCIPK24分别通过与AtCBL4和AtCBL10互作,激活下游靶蛋白的活性,应对高盐胁迫。本研究前期从林烟草中获得了1个与拟南芥AtCIPK24同源的基因NsylCIPK24a,但与其互作的CBL家族成员及该激酶的具体功能尚不清楚。因此,本研究对林烟草CBL家族成员进行了全基因组预测;利用RT-PCR方法克隆CBL家族成员,并对其基因结构、蛋白保守结构域及组织表达情况进行了分析;通过酵母双杂交试验鉴定与NsylCIPK24a互作的林烟草CBL家族成员。结果表明,林烟草中共预测并克隆获得12个CBL家族成员;NsylCBL4、NsylCBL5、NsylCBL9和NsylCBL10 4个成员可与NsylCIPK24a在酵母中产生互作。推测烟草中可能也存在与拟南芥类似的应对盐胁迫的CBL-CIPK响应路径。本研究为解析林烟草NsylCIPK24a的功能、加深人们对烟草中CBL-CIPK调控通路的理解提供了研究数据。     

豇豆(Vigna unguiculata)VQ蛋白家族基因的序列与进化分析

VQ蛋白是一类植物特有的转录调控辅助因子,主要与WRKY蛋白互作,参与诸多生物学功能。尽管一些植物VQ家族基因已经被鉴定,但在豇豆中有关VQ家族基因的研究未见报道。本研究利用生物信息学手段从豇豆中鉴定出37个VuVQ基因,并详细分析这些基因的序列、微共线性、表达谱与进化关系。染色体与共线性分析表明,豇豆VuVQ基因定位在11条染色体上,基因扩增主要由片段重复产生,其中4对重复基因所在区段共线性程度高。序列分析结果显示:豇豆VuVQ基因结构有3种类型,绝大多数无内含子;豇豆VQ蛋白均包含VQ结构域,同时这些VQ保守基序数目和顺序变异较高。进化研究揭示豇豆VQ蛋白存在6大类群,这些类群均起源于陆生植物。选择压力检测表示,豇豆的8对VuVQ基因均受严格的负选择。表达分析表明了豇豆VQ基因具有多样化的表达模式,这意味着VQ蛋白参与多种生物学过程。本研究结果为豇豆VQ基因的功能解析提供线索。     

小麦TaPOD家族的全基因组鉴定及表达分析

过氧化物酶(Peroxidase, POD)家族成员在调节植物生长发育和响应逆境胁迫中起重要作用。为系统探究小麦(TriticumaestivumL.)TaPOD基因家族的功能及其表达模式,本研究利用生物信息学的方法鉴定了小麦TaPOD基因家族成员,对其理化性质、启动子顺式作用元件、进化特征做了预测分析,并通过小麦转录组和实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative, RT-qPCR)分析了其在不同组织、外源激素及逆境胁迫下的表达模式。结果表明,目前基因组测序小麦中包含659个TaPOD基因家族成员,蛋白质序列长度在206～518个氨基酸之间;系统发育分析表明,小麦TaPOD家族成员分为I～VII组且每组成员数量不等;序列比对显示小麦TaPOD家族成员具有5个保守基序,且基因结构等方面存在很大差异,预示着功能存在多样性;染色体定位发现其数量在小麦的21条染色体上分布不均匀,其中2B染色体上数量最多;通过种内共线性分析发现,小麦TaPOD基因共有396个重复事件,同源性较高且进化过程非常保守,主要通过片段复制和串联复制进行扩增,且Ka/Ks比率显示仅有4对家族成员受到...     

大豆PHD家族蛋白的全基因组鉴定及表达特征分析

PHD（Plant Homeodomain Finger）基因家族编码一类锌指转录因子,广泛参与植物的生长发育和逆境应答过程。通过全基因组鉴定获得了95个大豆PHD家族蛋白。通过共线性分析、进化树构建、基因结构和功能结构域鉴定、GO注释分析、不同组织间和非生物胁迫下表达分析等,获得了大豆PHD家族基因复制、家族进化、保守结构域及基因表达等信息。结果表明,大豆PHD基因在家族进化、基因结构和保守结构域上存在较大变异,可能参与Zn ²⁺结合、DNA结合及表观遗传调控等分子过程,参与调控植物生长发育和逆境应答。这些结果为进一步研究大豆PHD家族在生长发育和逆境应答中的生物学功能提供重要线索。     

陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定及分析

【目的】单锌指DNA结合蛋白(DNA binding with one finger, Dof)是1类植物特有的转录因子,在植物生长发育与非生物胁迫响应中发挥非常重要的作用。本研究旨在对陆地棉Dof转录因子家族进行全基因组分析,为深入研究Dof基因参与植物生长发育的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学手段对陆地棉Dof基因家族进行全基因组鉴定,并系统分析Dof基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达谱。【结果】陆地棉中一共鉴定出118个Dof基因。经聚类分析将其分成9个亚家族,同一亚家族的陆地棉Dof基因有相似的内含子/外显子和基序分布模式。基因复制分析表明,全基因组复制可能导致陆地棉Dof基因的扩增。陆地棉Dof基因启动子区域存在不同植物激素和逆境胁迫响应元件。转录组分析表明,陆地棉Dof基因在不同的组织、发育时期和逆境胁迫下聚为3个表达模式不同的类群,暗示了其功能多样性。【结论】陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定和分析,有助于了解其进化和功能,为后续研究提供重要参考。     

番茄CRT基因家族鉴定及不同胁迫下响应分析

为探究番茄CRT基因家族成员信息和在不同胁迫下的响应情况,本研究以拟南芥CRT氨基酸序列为参照,通过tblastn方法共发掘出3个番茄CRT基因,其氨基酸长度在413 aa到433aa之间,分子量在47.6 kD到50.9 kD之间;构建系统进化树发现,番茄CRT基因家族可分为两个亚族,CRT3和CRT4为同一亚族;亚细胞定位结果表明,番茄CRT基因主要存在于细胞核和内质网上;基因结构分析说明番茄CRT基因家族成员都富含内含子;对番茄CRT基因家族成员启动子上游2000 bp碱基分析发现,番茄CRT基因家族可能会响应多种逆境胁迫,同时番茄CRT可与多种蛋白互作;通过RT-qPCR发现,CRT基因在各组织当中表达含量会有所差异,且番茄CRTs对各种胁迫反应都能做出相应反应.本研究结果对后续解析CRT基因在番茄中的生物学功能奠定了基础.     

大白菜TPS基因家族鉴定及其在高温胁迫下的表达分析

为明确大白菜TPS(BrTPS)家族成员信息及对高温胁迫信号的响应,本研究利用生物信息学方法,在大白菜基因组数据库中鉴定了BrTPS基因家族成员,并对其理化性质、进化特征、蛋白结构及在高温胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,大白菜全基因组含有15个TPS基因家族成员,分布于8条染色体上。除BrTPS14和BrTPS15外,其余成员各含有1个TPS和1个TPP结构域,并且所含motif的排列顺序也完全一致。理化性质分析发现,15个成员的氨基酸长度介于129~1459 aa之间,分子量大小在14.73~165.83 kD之间,大部分BrTPS蛋白为酸性蛋白和亲水蛋白,以无规则卷曲作为二级结构主要构成元件。进化分析表明,大白菜TPS基因家族成员可分为2类,其中ClassⅠ包含5个成员,ClassⅡ包含10个成员。本研究对高温胁迫前后不同组织和持续高温胁迫下叶片中的表达分析,发现大部分的BrTPS基因可对高温胁迫产生响应,但在表达规律上存在差异。这些研究结果为后续研究大白菜TPS基因提供一定参考。     

甜菜TIFY基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

TIFY转录因子对植物体生长发育和胁迫响应有重要调控作用,本研究目的在于鉴定分析甜菜(Beta vulgaris L.)中的TIFY转录因子。试验以甜菜基因组数据为基础,利用生物信息学技术在全基因组水平鉴定并分析甜菜TIFY家族成员。结果表明：甜菜中共有21条TIFY基因,基因间序列相似性较低;共线性分析发现只有BvTIFY15与BvTIFY18之间存在基因复制事件;BvTIFY转录因子家族包括2个TIFY蛋白、8个JAZ蛋白、6个ZML蛋白、5个PPD蛋白;蛋白互作预测发现,JAZ家族成员对JA信号有重要的调控作用。本研究对BvTIFY基因的结构与功能进行分析,发掘出甜菜根中应答盐胁迫基因BvTIFY13与BvTIFY15,为后续BvTIFY基因的功能研究提供一定理论基础。     

陆地棉SRO基因家族的鉴定及表达分析

SRO是植物特有的类RCD-ONE蛋白家族,在植物抵御各种生物和非生物胁迫过程中具有重要的作用。本研究利用生物信息学方法从陆地棉遗传标准系TM-1(Gossypium hirsutum L.acc.TM-1)基因组中鉴定到12个SRO基因家族成员。多重序列比对及进化树分析表明,12个陆地棉SRO均含有PARP和RST结构域,聚为3类,即A、B和C亚家族。转录组数据分析表明,TM-1全基因组中的Gh_D12G1442在茎中优势表达,Gh_D05G2064在萼片和雄蕊中优势表达;Gh_A05G3788在雄蕊中优势表达,Gh_A12G1318在雄蕊和纤维中优势表达;Gh_A12G2480、Gh_D12G2608、Gh_A05G2257和Gh_D05G2516在纤维中优势表达;Gh_A08G1390、Gh_D08G1685、Gh_A12G2663和Gh_D12G2054具有较为广泛的组织表达。逆境胁迫处理试验表明,Gh_A08G1390明显受冷处理和盐处理的诱导,Gh_D12G2054、Gh_D08G1685、Gh_A12G2663基因在不同的胁迫处理下受到不同程度的诱导。     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I^IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

甘薯全基因组SBP-box基因家族鉴定及表达分析

SBP (SQUAMOSA promoter binding proteins)家族是植物特有的一类转录因子家族,广泛存在于绿色植物中,调控植物生长发育、信号转导及响应非生物胁迫等多种生理过程。已有多种植物SBP-box基因相继被报道。为探究SBP-box基因在甘薯中的分布情况及对甘薯生长发育的影响,本研究从甘薯全基因组鉴定出30个SBP-box基因,依次命名为IbSPL1～IbSPL30,并分析了其基因结构、蛋白质结构和理化性质、系统进化关系、串联重复、启动子顺式作用元件分布和组织特异表达情况等。结果表明大部分甘薯SBP-box蛋白理化性质、结构有一定分化,甘薯SBP-box蛋白与拟南芥同源进化关系较近,不同亚家族间具有不同数量和类型的motif分布;甘薯SBP-box基因在染色体上分布较为均匀,除3条染色体外,其余12条染色体均有1～4个SBP-box基因分布,共线性分析发现甘薯SBP-box基因可能来源于多次片段重复事件;通过启动子区域顺式作用元件分析和不同组织、不同处理下的差异表达分析,发现16个基因与甘薯地上部分的生长发育相关,7个基因与干旱胁迫响应相关。本研究从各个角度分析...     

马铃薯PIF家族成员鉴定及其对高温胁迫的响应分析

植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factors,PIFs)属于碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)转录因子家族,通过将光和温度等外部环境信号与植物体内源信号途径相整合,进而形成复杂的信号转导网络来精密调控植物的生长发育进程。目前,关于马铃薯PIF家族基因的研究较少,鉴定和分析StPIF家族成员有助于进一步提高马铃薯的产量和品质。本研究运用生物信息学方法,以拟南芥PIF家族成员蛋白序列作为源序列,通过在马铃薯基因组数据库中进行BlastP分析鉴定出7个StPIFs家族成员,并对其进行系统进化、染色体分布、复制事件、蛋白理化性质、基因结构、Motif预测、启动子顺式作用元件、基因表达模式以及对高温胁迫的响应分析。结果显示,StPIF家族所有成员均含有Motif 1 (bHLH结构域)、Motif 2 (APB结构域)基序;在StPIF基因的启动子区域预测到多个参与光响应、激素、干旱、低温、昼夜节律以及防御和应激反应调控元件;基因表达模式和现蕾期高温胁迫响应分析表明,家族成员具有明显的组织表达特异性,基因存在功能...     

小麦VQ家族全基因组鉴定与表达分析

近年来,VQ蛋白因发现与WRKY转录因子相互作用而引起广泛关注。目前,关于VQ基因家族在小麦中的研究鲜有报道。为了解小麦VQ基因的存在数量和结构等特征,本研究采用生物信息学技术在小麦基因组中鉴定了25个小麦VQ基因,并对其编码蛋白的结构、性质、亚细胞定位和进化关系进行了分析。结果表明,大多数小麦VQ蛋白序列较短,为中性或偏碱性蛋白,由单外显子基因编码;小麦VQ蛋白主要分布于细胞核中。25个VQ基因不均匀地分布在21条小麦染色体上,片段复制是小麦VQ基因家族的主要扩张方式。通过基因表达模式分析,发现部分小麦VQ基因响应干旱和高温的胁迫,并呈组织表达特异性。研究结果为进一步分析该家族成员,并深入探讨其在小麦中的生物学功能和进化模式奠定了基础。     

陆地棉LTPG基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】从陆地棉全基因组范围内鉴定糖基磷脂酰肌醇锚定的脂质转运蛋白(glycosylphosphatidylinositolanchored lipid transfer protein,LTPG)基因,为后续研究提供支撑。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉TM-1基因组中筛选鉴定LTPG基因家族成员,并对其编码蛋白的理化性质、系统进化关系、基因复制、基因结构和启动子区的顺式作用元件等进行预测分析。利用转录组数据结合实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析LTPG基因在不同组织器官和非生物胁迫下的表达模式。在烟草叶片中采用瞬时转化法检测目标蛋白的亚细胞定位情况。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定到95个GhLTPG基因,系统发育分析将这些GhLTPG蛋白聚为5类。片段复制是GhLTPG基因家族扩张的主要原因。K_a/K_s分析表明GhLTPG基因经历了强烈的纯化选择。转录组数据分析表明,部分GhLTPG基因响应低温、高温、盐和干旱胁迫。表达分析结果显...     

白菜生长素受体基因家族鉴定及表达分析

生长素在植物生长发育过程中具有多方面的调控作用,生长素受体是生长素信号分子通路的关键组分之一,但目前对大白菜中生长素受体基因相关研究未见报道。本研究在白菜基因组中共鉴定到10个TIR1/AFB (Transport inhibitor response 1/auxin signaling F-box protein)生长素受体基因家族成员,在系统进化树上可聚类为6个分支,并依据其与拟南芥TIR1/AFB家族基因的系统发育进化关系命名为BrTIR1/AFBs。基因染色体定位分析结果表明,这10个BrTIR1/AFB基因分于白菜基因组10条染色体中的7条;外显子-内含子结构分析表明,除BrTIR1C以外,其余基因结构均相似;蛋白结构域分析结果表明,全部BrTIR1/AFB蛋白均含有AMN1结构域,而仅BrTIR1、BrAFB1、BrAFB2和BrAFB3蛋白含有F-box结构域;启动子顺式作用元件分析结果表明,BrTIR1/AFBs启动子含有与生长素、脱落酸、水杨酸以及响应逆境胁迫相关的多个顺式作用元件。通过RT-qPCR分析发现BrTIR1/AFB家族基因组织表达水平存在差异,BrAFB1A、BrAFB1B、BrAFB3A、BrAFB4受盐胁迫诱导表达,BrTIR1A、BrTIR1C和BrAFB3B受根肿菌侵染诱导表达。研究结果可为进一步研究白菜生长素受体基因功能及白菜响应生物及非生物逆境胁迫提供依据。