辣椒Trihelix转录因子家族的生物信息学分析

Trihelix转录因子在调控植物生长发育以及响应逆境胁迫等多方面发挥着重要作用,属于一个小家族。通过系统地阐述辣椒Trihelix转录因子家族成员特征和进化关系,进一步为研究辣椒Trihelix转录因子的生物学功能提供理论基础。本研究在辣椒基因组范围内,通过HMMER 3.0软件鉴定Trihelix基因家族成员,应用CDD验证其蛋白的功能结构域;采用MEGA5.2软件进行系统进化树分析;利用MEME和Map Inspect工具对其蛋白序列进行基序和染色体定位分析。利用功能已知的拟南芥Trihelix蛋白家族为参考序列,系统分析鉴定了28个辣椒Trihelix家族基因,并将其分为GT-1、GT-2、GTγ、SIP1和SH4 5个亚族。基因定位表明,辣椒Trihelix家族成员不均匀的分布在12条染色体上,其中7号和11号染色体上没有辣椒Trihelix成员的分布。保守元件显示辣椒Trihelix基因家族成员部分是高度保守的,各个家族均具有特殊的结构域。辣椒Trihelix基因家族大部分成员结构是保守的,保守基序与聚类分析具有高度的一致性,有可能参与调控辣椒生长发育及逆境胁迫等多种过程。     

高等植物中DELLA蛋白的研究进展

在赤霉素(GA)信号传导过程中,有一类起着负调控作用的蛋白——DELLA蛋白,是GRAS家族的亚家族,因其N端含有DELLA结构域而命名。该蛋白对种子萌发、茎的伸长、下胚轴伸长以及花发育等起着重要的调控作用。本研究主要讲述了DELLA蛋白如何参与多种信号传导,分析了模式植物拟南芥中5种DELLA蛋白对植物生长发育的作用,分别介绍了DELLA蛋白的保守结构域及其作用,总结了目前已知DELLA蛋白的克隆及表达情况,最后对今后DELLA蛋白的研究进行展望,以期更好地揭示DELLA蛋白的调控机制。     

桃WOX基因家族的鉴定及分析

WOX基因家族是植物特有转录因子，具有调控植物的生长发育、植物的胚胎发育、激素信号转导、抗逆代谢等作用。本研究利用桃全基因组数据，首次对桃全基因组中的WOX基因家族进行鉴定和生物学分析。结果表明：桃WOX基因家族共有67个成员，8条染色体上都有分布，不同成员的氨基酸数、分子量和等电点差异较大，大部分WOX蛋白富含酸性氨基酸且稳定性较差，所有WOX成员都为亲水性蛋白；桃WOX蛋白二级结构均由α-螺旋、β-折叠、延伸链和无规则卷曲四部分组成；桃WOX基因家族97%的成员都定位于细胞核中；系统进化树将桃WOX基因家族分为3个组，只有第Ⅰ组包含40个PpWOX蛋白和15个拟南芥WOX蛋白，其他两组都没有拟南芥的WOX蛋白；桃WOX基因结构中都含有外显子和内含子结构，但是数量差异较大；保守基序分析表明，共有10个保守基序(motif 1～motif 10)且所有WOX成员都含有motif 1，同一分支中motif的数目和种类更为相似而不同分支间有其特异的motif，与系统进化树分析具有一致性。该研究结果将为进一步分析WOX基因家族各个成员在桃的生长发育和抗逆胁迫等方面的应用提供一定的基础数据和参...     

桑树PHR家族基因的鉴定及生物信息学分析

磷是植物生长发育的主要矿质营养元素之一,磷饥饿响应(phosphate starvation response, PHR)基因在调节植物磷素吸收中起着重要作用。鉴定桑树磷饥饿响应转录因子家族成员,分析其生物信息学特征,为桑树PHR家族基因的功能研究提供基础。从桑树基因组数据库中获得桑树PHR转录因子序列,利用GSDS、ExPASy、MEGA、MEME、psRNATarget、STRING等软件和网上转录组数据,对桑树PHR家族成员的基因结构、蛋白理化性质、保守基序、系统进化、基因组织表达、调控miRNA和蛋白互作网络进行分析。从桑树基因组中共鉴定出12个PHR基因家族成员,氨基酸数介于256～1 529之间,83.3%的成员属于酸性蛋白,所有成员均为亲水性蛋白。进化分析显示,MnPHR转录因子归为9个聚类组,各聚类组含有1～2个MnPHR成员。外显子数为6、7、8、19的MnPHR编码基因成员分别有7个、3个、1个、1个,同一聚类组中的基因结构类似。发现4个保守性较强的基序,所有MnPHR转录因子均含有基序1～4,聚类组Ⅰ～Ⅳ的MnPHR转录因子缺少基序6。基因组织表达分析发现10个桑树PHR基因在不同组织中有表达,且存在组织特异性,部分基因转录可能受miRNA的调控。MnPHR1的蛋白互作网络分析发现,其主要参与了纤维素合成和转录因子表达调控等生物学过程。桑树PHR家族基因结构和氨基酸序列具有较强的保守性,其组织表达和蛋白互作网络结果表明该家族基因在植物的生长发育和营养吸收过程中发挥作用。本研究结果为深入开展桑树磷吸收和转运相关基因的克隆和功能验证提供了基础。     

水稻转录因子NF-YB家族的生物信息学分析

转录因子NF-YB (nuclear factor-YB)家族是核因子Y (nuclear factor Y, NF-Y)家族的一个亚家族,在调控胚发育、形态建成、开花时间、株高、穗粒数等方面,尤其是在非生物胁迫应答中发挥着重要的作用。为揭示水稻NF-YB基因家族的信息及特征,加快基因家族功能挖掘进程,本研究利用生物信息学手段对该基因家族及其编码蛋白进行分析。结果表明,水稻中共有13个NF-YB基因,在染色体上分布不均匀,所编码的蛋白都定位在细胞核,且不含跨膜结构域或信号肽。多重序列比对,二级结构,三级结构以及基序分析表明,该家族成员保守性较高,均含有高度保守的CBF/NF-Y结构域。进化分析表明NF-YB家族基因的分化早于物种的分化。磷酸化位点和互作蛋白网络分析初步预测了家族成员的互作蛋白网络。本研究为后期NF-YB家族成员的功能研究,加快家族基因的实际应用进程提供了帮助。     

番茄GRF转录因子家族的生物信息学分析

本研究通过生物信息学手段,对番茄GRF转录因子进行全部家族成员的研究。主要包括对番茄GRF转录因子家族成员的鉴定,基本信息的分析,进化分析,基因结构分析,保守基序分析,保守结构域分析以及染色体定位分析。本研究一共鉴定了13条番茄转录因子。根据拟南芥、番茄、水稻的系统进化树分析,将番茄GRF转录因子分为6族。利用DNAMAN软件和MEME软件,发现番茄GRF转录因子的氨基酸保守序列是比较保守的。染色体定位分析发现,并不是所有的染色体都有番茄GRF转录因子分布。以上的这些研究可为番茄GRF转录因子家族的后续研究提供一定的理论基础与现实意义。     

枣OVATE基因家族的鉴定与生物信息学分析

OVATE基因家族编码一类广泛存在于植物体内的转录抑制因子,但枣中OVATE基因家族研究未见报道。本研究基于枣全基因组数据鉴定到枣OVATE基因家族15个基因,并对其进行生物信息学分析,发现15个基因非均匀地分布在8条染色体上,各基因长度相差较大,除了ZjOFP3以外,均不含有内含子结构。各基因共有motif 1保守基序,除ZjOFP15以外都含有motif 1、motif 2和motif 3保守基序且顺序相同。系统进化研究发现枣、桃和苹果等6个物种的OVATE基因家族的119条蛋白序列可以分为4个类群,而枣OVATE基因家族分布在各个类群中,进化过程中相对保守。枣OVATE蛋白分别定位细胞外、线粒体、质膜及细胞核上,反映出OVATE基因家族功能的多样性。此外,除了ZjOFP3、ZjOFP9和ZjOFP15以外,其余皆有着相似的三级结构。顺式作用元件预测发现枣OVATE基因家族与光响应、逆境胁迫、激素诱导、生长发育有关。本研究可为枣OVATE基因家族进一步研究提供参考。     

粗山羊草Dof转录因子家族基因的鉴定与分析

Dof(DNA-binding one zinc finger)基因家族是植物特有的一类包含高度保守的C_2-C_2锌指结构域的转录因子,其在植物种子发育与萌发、光、激素以及逆境响应中起到重要调控作用。本研究基于已公布的粗山羊草基因组数据,采用生物信息学方法鉴定了粗山羊草Dof基因,并对其结构、保守结构域、染色体定位、系统进化树和表达谱进行了详细的分析。结果表明:粗山羊草Dof转录因子家族包含10个基因,它们均含有完整的C_2-C_2锌指保守结构域;每个基因含有1~3个内含子,AetDof家族蛋白共包含11个保守的模体;该家族基因除7号染色体外,在其余染色体上均有分布;与拟南芥Dof蛋白构建系统发育树发现,该家族基因可被分为3个亚族;转录组数据分析显示,粗山羊草Dof基因的表达具有组织特异性,其中3个转录因子(AetDof1,AetDof7,AetDof10)在种子中特异性强表达。本研究结果为深入解析粗山羊草Dof基因的功能提供了参考依据。     

辣椒TALE转录因子的生物信息学分析

TALE转录因子家族广泛存在于植物中,在植物生长发育的各个阶段发挥重要作用,但是目前关于辣椒TALE转录因子家族的研究鲜见报道。本研究借助于生物信息学手段,通过HMMER、SMART、MEGA5.05、GSDS、MEME、DNAMAN、SOPMA、SWISS-MODEL等软件和网站对辣椒TALE转录因子类型、结构域、系谱进化、蛋白理化性质及高级结构、信号肽进行分析。分析显示20个辣椒TALE转录因子家族成员均含有HOX主结构域;系统进化树分析显示,20个TALE转录因子家族成员可分为KNOX和BEL两个亚族,同一亚族含有相同的保守基序以及相似的基因结构和蛋白跨膜结构;辣椒TALE转录因子家族的内含子在3~6之间;α-螺旋和无规则卷曲是该家族基因主要的二级结构,三级结构中都含有螺旋-转角-螺旋结构。本研究分析了辣椒TALE转录因子的生物信息学的特征,结果表明该基因家族在辣椒中具有稳定、保守的特点,这为今后研究该基因参与的生长发育过程及其作用奠定了一定的理论基础。     

棉花WOX转录因子家族基因的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于棉花花器官或纤维发育研究的候选基因,基于已发布的陆地棉全基因组数据,利用生物信息学的分析方法鉴定了陆地棉WOX(WUSCHEL-related homeobox,WOX)转录因子基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白理化性质、蛋白结构、多重序列比对、系统进化树和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明,鉴定到37个陆地棉WOX转录因子家族基因,命名为GhWOX1~GhWOX37。亚基因组定位结果显示,37个陆地棉WOX转录因子家族基因分布在除了A04、A06、A09、D04、D06和D09号亚基因组以外的20个亚基因组,A亚组比D亚组多1个GhWOX转录因子家族基因。多重序列比对分析棉花WOX转录因子家族成员均具有高度保守的同源异型结构域;系统进化树分析发现棉花WOX转录因子家族可以分为3个亚家族(Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类),各亚类分别含有23,7,7个GhWOX转录因子家族基因成员。对NCBI中陆地棉的EST数据库比对分析,有11个GhWOX转录因子家族成员没有可匹配的EST序列,其他26个GhWOX转录因子家族成员在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维和种子等组织和器官中广泛表达。为深入研究棉花和其他植物中WOX家族的鉴定和功能研究奠定了基础。     

麻疯树PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

PIN基因家族是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件。本研究利用功能已知的拟南芥PIN蛋白家族为参考序列,在麻疯树全基因组数据中共鉴定出9条PIN基因,并针对9条JcPIN基因开展系统的生物信息学研究,开展进化树构建和基序分析以及基因表达研究和密码子偏好性解析。结果发现:9条麻疯树PIN蛋白多属于由碱性氨基酸组成的稳定蛋白,均为位于细胞质膜上的非分泌蛋白;蛋白家族含有保守的N末端结构域,二级结构与拟南芥PIN蛋白相似;进化结果表明麻疯树PIN基因与毛果杨PIN基因家族关系最近;表达分析发现了4个可信度较高的麻疯树PIN基因,密码子偏好性分析确定了13个高频密码子,揭示了异源表达JcPIN时需要改造的密码子。研究结果可为将来开展麻疯树PIN基因家族的功能研究奠定重要基础,也为麻疯树其他基因家族和其他拥有大量数据的植物基因家族研究提供参考。     

蒙古冰草WRKY转录因子基因的序列分析

WRKY转录因子是一类与植物抗逆相关的蛋白家族,通过激活植物抗逆应答基因的表达而提高其抗逆性。为挖掘蒙古冰草(Agropyron mongolicum)抗旱相关的WRKY基因,本研究在已有转录组测序数据的基础上,用Plant TFDB数据库中的Prediction和Blast对WRKY基因筛选及保守结构域分析,对筛选出的WRKY转录因子用Ex PASy Proteomics Server和MEME程序预测其分子量、等电点和基序、并用MEGA7.0.7与已报道具有抗旱功能的16个WRKY蛋白进行多序列比对分析并构建系统进化树。结果表明:蒙古冰草中筛选出14个WRKY基因,其蛋白大小在63~677 aa范围内,分子量和等电点分别介于7.1~73.3 k D和6.09~10.09之间;基序预测得到1个特征基序,2个保守基序,最长的基序含29个氨基酸。蒙古冰草WRKY转录因子蛋白基本上比较保守,WRKYGQK没有发生变异,但存在着Q残基的变异;进化树分为两大类,一类为Unigene19129、Unigene47036、Unigene50921、其C端锌指结构是C2HC,另一大类Unigene29536、Unigene43681、Unigene52656等C端锌指为C2H2;蒙古冰草中筛选出的WRKY基因与16个具抗旱功能的WRKY基因均有同源性,推测这14个WRKY转录因子参与蒙古冰草干旱逆境下的反应。     

芥菜GRF转录因子家族的全基因组鉴定与分析

本研究运用生物信息学方法,在芥菜(Brassica juncea)全基因组中鉴定了29个GRF转录因子家族基因,对该家族理化性质、系统发育关系、基因结构、保守基序以及芥菜GRF基因家族扩张原因进行分析。理化性质分析表明,29个芥菜GRF蛋白序列长度为125～555 aa,分子量为14.28～62.65 kD,理论等电点pI介于6.19～9.97之间;拟南芥、白菜、黑芥和芥菜的GRF基因家族系统发育树分析显示芥菜GRF转录因子可分成4类,物种中GRF基因的亲缘关系符合期望的物种间系统发育关系;GSDS结构分析芥菜GRF家族基因多为4个外显子结构;MEME分析表明29个芥菜GRF基因都具有QLQ和WRC结构域的保守基序结构;串联重复和芸薹属三倍乘事件对芥菜GRF基因家族扩张的贡献分别为6.9%和38.0%,表明芸薹属三倍乘事件对芥菜GRF家族扩张起到重要驱动作用。以上研究结果对芥菜GRF转录因子家族的后续研究具有一定的意义。     

玉米TCP转录因子家族的全基因组鉴定及表达模式分析

TCP (Teeosinte branched I, Cycloidea, Proliferating Cell Factors 1和2)是一类植物特有的转录因子家族,包含一个高度保守且非典型的螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域,在植物生长发育的不同阶段发挥着重要作用,但在玉米中该基因家族的相关研究报道较少。本研究利用生物信息学方法在玉米全基因组中鉴定TCP转录因子家族成员,并对该家族成员的理化性质、基因结构、染色体定位、进化关系、保守基序及表达模式等进行了分析。结果表明,玉米TCP转录因子家族共包含43个成员,根据系统发育分析可以将其划分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,其中,ClassⅡ亚家族又可以分为CYC-TCP和CIN-TCP两个亚类。玉米TCP转录因子家族蛋白的氨基酸残基数为44～269aa,相对分子质量在5.20～29.54kD,等电点范围在5.04～11.55。基因染色体定位分析发现,玉米10条染色体上均含有TCP基因,且在4号染色体上最多,有8个基因。对该家族基因结构的分析表明,在玉米TCP家族中有66.8%的基因只含有一个外显子,低于拟南芥的82%,表明玉米TCP拥有更加丰富的基因结构。此外,本研究在玉米TCP家族蛋白中共鉴定到20个保守基序,其中有32个TCP蛋白包含motif 1,占总数的74.4%。玉米籽粒RNA-Seq数据分析表明,玉米TCP转录因子家族有26个成员在玉米籽粒中表达,ZmTCP37等基因在不同部位、不同时期均有表达,ZmTCP8等基因在特异部位、特异时期表达。本研究在玉米中鉴定了TCP基因家族基因数量、系统进化关系、保守结构域、在染色体上的定位及玉米籽粒中TCP基因表达模式,为揭示玉米TCP基因家族在玉米籽粒中的功能奠定了基础。     

矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子筛选与鉴定

ERF转录因子是植物特有的一类转录因子，属于AP2/ERF转录因子家族，调控多种生物学功能，在植物响应生物与非生物胁迫过程中起到重要作用。本研究选取矮牵牛PhERF2过表达株系(I)、RNA干扰株系(4B)为实验材料，以野生型(WT)为对照，基于涝渍处理0、3 h的转录组测序技术(RNA-Seq)获得差异表达基因数据，利用生物信息学方法分析保守基序及蛋白理化性质、构建系统进化树、进行蛋白高级结构建模、磷酸化修饰位点预测和亚细胞定位分析。结果显示，共筛选出35个涝渍胁迫相关ERF转录因子，均属于AP2亚族，通过与拟南芥及水稻相关基因进行系统进化分析，发现矮牵牛与拟南芥同源性较高。生物信息学分析表明，矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子富含酸性氨基酸，热稳定性较高且均属于亲水性蛋白，蛋白二级结构以无规则卷曲为主要组成部分，蛋白质三级结构差异不明显，含有3个保守基序，大多数NAC蛋白定位于细胞核，均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。本研究为后续探究矮牵牛涝渍胁迫相关ERF基因功能提供一定基础。     

高粱WRKY家族成员鉴定及生物信息学分析

WRKY转录因子是调控植物生长发育的重要转录因子,本研究利用高粱基因组数据库(v3.1.1),通过生物信息学分析鉴定出97个高粱WRKY基因家族成员,其CDS序列长度为423～4 965 bp,编码氨基酸长度为141～1 655 aa。染色体定位发现97个基因不均匀地分布于10条染色体上,其中3号染色体上数目最多,有23个WRKY基因,6号染色体最少,只有5个WRKY基因。根据WRKY保守结构域和锌指结构的特点对97个转录因子进行分类,可将它们分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三大类,分别有11个、70个和16个成员。另外对WRKY蛋白保守基序分析发现WRKY结构域有3个保守基序组成,各组成员的保守基序基本一致。部分蛋白的WRKY保守域和锌指结构具有多样性,分析发现部分高粱WRKY蛋白的WRKYGQK结构域中‘Q’突变为‘E’、‘S’和‘K’。系统进化关系显示高粱Ⅱ、Ⅲ类WRKY转录因子类聚在Ⅰ的下级分支上,表示Ⅱ和Ⅲ类可能是由Ⅰ类进化而来的。     

鹰嘴豆WOX转录因子基因家族全基因组分析

WOX基因家族是植物中特有的转录因子家族,研究发现该基因家族调控植物生长发育的各个重要环节,本研究将在鹰嘴豆数据库中下载的WOX蛋白序列,利用HUMMER、Smart等软件进行筛选,鉴定出17个WOX基因家族成员,利用信息学方法对这些家族成员的基本信息,包括分子量、蛋白长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对鹰嘴豆WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将鹰嘴豆WOX基因家族分为古代进化支、中间进化支和现代进化支,结构分析表明该家族的全基因组序列是高度保守的,在进化过程中呈多样性。利用荧光PCR技术分析在盐胁迫下,根中WOX基因家族成员在不同时间点的表达情况,发现CarWOX5、CarWOX7和CarWOX11与耐盐胁迫调控密切相关。本研究对鹰嘴豆WOX基因家族进行了全面、系统的生物信息学分析,以期为后续的功能验证研究奠定基础。     

黄瓜VQ家族全基因组鉴定

VQ蛋白是参与调控植物生长发育的一类重要蛋白,在植物中高度保守,因其可以与WRKY转录因子相互作用,近年来被广泛关注。目前,关于VQ基因家族在黄瓜中的研究鲜有报道。本研究采用生物信息学技术对黄瓜VQ基因进行系统研究,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,黄瓜VQ基因家族由26个成员组成,且多数CsVQs编码的蛋白呈现中性或偏碱性,并由含单外显子的基因编码,定位在细胞核上。26个VQ基因均存在保守的缬氨酸(V)和谷氨酰胺(Q)基序,共同含有核心基序FxxxVQx (L/V/F)TG,不均匀地分布在黄瓜7条染色体上。表达模式分析结果表明,黄瓜VQs基因在不同组织中特异性表达,表明其在黄瓜组织器官生长发育中的发挥重要作用。本研究结果为进一步解析黄瓜VQ基因家族成员,深入探讨黄瓜VQ基因的生物学功能提供参考依据。     

木薯MYB转录因子基因MeMYB60表达特征分析及其互作蛋白筛选

Myeloblastosis (MYB)类转录因子在植物对非生物胁迫的响应过程中起重要调控作用。本研究在分析栽培木薯MYB家族成员表达模式的基础上,筛选并克隆到了一个R2R3-MYB转录因子基因MeMYB60。基因表达特性分析表明,该基因在叶片特异表达,受干旱、低温负调控,同时对ABA处理也有响应。启动子活性分析发现,MeMYB60可以在保卫细胞表达,预示着该转录因子基因的表达可能与木薯气孔开闭调节有关。MeMYB60编码蛋白主要定位于细胞核中,具有转录激活活性,其转录激活结构域在蛋白C端第194～343氨基酸残基范围内。以MeMYB60蛋白N端第1～194氨基酸残基片段为诱饵,从干旱胁迫后木薯叶片的cDNA文库中筛选到18种可能与MeMYB60互作的蛋白,酵母双杂确定了MeCatlase1和MeCatalase2分别与MeMYB60存在互作关系。本研究为深入研究转录因子MeMYB60在木薯响应非生物胁迫过程中的功能并解析其调控网络奠定了基础。