水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。     

菜用大豆质膜水通道蛋白的干旱表达谱及亚细胞定位分析

PIPs(plasmamembrane intrinsic proteins)是质膜内在蛋白,属于水通道蛋白的一个亚类,因其广泛参与植物逆境胁迫应答过程而备受关注。本研究对大豆GmPIPs基因进行了全基因组分析,主要包括成员鉴定、蛋白特性、保守结构域、进化关系、顺式作用元件、组织表达特性、干旱表达谱以及亚细胞定位分析。结果表明:从全基因组水平共鉴定到22个GmPIPs。多序列比对显示所有GmPIPs基因编码的氨基酸均含有高度保守的特征结构域:6个跨膜螺旋(TM-TM6)和2个氨基酸元件NPA盒(Asp-Pro-Ala box)。进化分析显示大豆GmPIPs主要划分为2个亚家族。顺式作用元件分析显示多数GmPIPs基因上游启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析显示多数GmPIPs基因在各个组织中广泛表达。QRT-PCR分析发现在根中高表达的8个GmPIPs候选基因均受干旱胁迫的诱导表达。其中,GmPIP2;6干旱应答最为明显。进一步的亚细胞定位显示GmPIP2;6蛋白定位在细胞膜上。以上研究结果为后续GmPIPs基因抗旱功能的研究及生产利用提供了理论依据。     

马铃薯扩展蛋白基因家族的鉴定与表达分析

为了分析马铃薯扩展蛋白基因家族的进化与功能,鉴定了马铃薯的扩展蛋白基因家族,分析了其基因结构特征、系统发育及表达模式等。结果表明,马铃薯基因组包含33个扩展蛋白基因,包括A(21)、B(5)、LA(1)和LB(6)4个亚家族,分布在马铃薯11条染色体上。扩展蛋白氨基酸长度为194~488 aa,编码蛋白质具有保守的结构域,蛋白质亚细胞定位预测结果表明所有蛋白均定位于细胞外。基因结构分析表明,马铃薯扩展蛋白家族有23个基因(69.7%)含有2~3个内含子。基因表达分析发现,该家族基因在马铃薯根、茎、匍匐茎、果实及块茎发育过程中表达丰度较高,并且其表达受到高温、盐、激素及病害等逆境的调控。     

毛果杨YABBY基因家族生物信息学分析

YABBY基因家族是仅存在于植物中的一类含有C₂C₂锌指结构域和YABBY结构域的转录调控因子,与植物的形态发育有关,在植物的茎、叶和花等器官的生长发育过程中起到重要的调控作用。本研究通过对毛果杨(Populus trichocarpa) YABBY基因家族生物信息学分析,共筛选出12个YABBY家族成员,分别位于第1、2、3、6、8、9、10、14、16和18号染色体。这些成员结构域保守,且具有低亲水性的特点。通过亚细胞定位预测,所有成员都定位在细胞核中。基因组织表达分析表明,毛果杨YABBY家族成员在不同组织中的表达有明显不同,在雌花、雄花和芽中表达量较高。     

水稻理想株型改良的研究进展

理想株型的构建与优化可以为水稻产量的提升创造新的可能。为了加强对水稻理想株型育种的研究,本研究归纳了5种水稻理想株型的经典模式,分析了理想株型水稻根、茎、叶、穗的形态特征,列举了近年来国内外发现的影响水稻株型的相关基因及其调控网络,并提出水稻育种的未来发展趋势,为今后的研究提供理论基础。     

水稻LRR-RLK基因LP7的克隆及表达分析

LRR-RLK是类受体蛋白激酶RLK家族中最大的亚家族,在调控植物非生物胁迫等方面具有重要作用。为解析水稻LRR-RLK成员LP7(LOC_Os05g24010)在耐低磷胁迫中的作用,从水稻品种日本晴中克隆了LP7全长序列,分析其编码蛋白的氨基酸序列,研究其组织表达模式、亚细胞定位及低磷胁迫下的表达变化。结果表明,LP7基因全长2 832 bp,编码943个氨基酸,LP7蛋白具有典型的LRR-RLK成员特征,LP7蛋白与玉米中的同源蛋白NP_001131018同源性比较高,同源性高达77%。组织表达模式分析表明,LP7基因在根、茎、叶等组织中均表达,在叶中表达量最高。亚细胞定位结果表明,LP7蛋白定位于细胞膜上。实时荧光定量PCR分析表明,LP7基因受低磷胁迫诱导表达,其表达量较正常培养条件下增加15倍。初步推测该基因可能在水稻响应低磷胁迫中具有重要作用。     

基于转录组数据的绢毛委陵菜MYB转录因子家族分析

利用生物信息学方法，从绢毛委陵菜转录组数据中筛选出63个MYB转录因子，分析了它们的转录因子家族序列特征、理化性质、保守结构域、亚细胞定位和进化关系。结果表明，筛选出的63个绢毛委陵菜转录因子，其中1R-MYB类22个、R2R3-MYB类37个、3R-MYB类3个、4R-MYB类1个。结构域分析表明其具有典型的W型R2R3保守基序；绢毛委陵菜的所有MYB基因都是亲水性不稳定蛋白；而亚细胞定位预测都位于细胞核内；系统进化分析将绢毛委陵菜R2R3-MYB类蛋白分为22个亚家族，其中参与调控重金属镉相关的拟南芥同源基因主要属于S20亚族。研究结果为深入探究绢毛委陵菜MYB基因在调控重金属镉过程中发挥的功能提供基础资料。     

蝴蝶兰一个C3型PEPC基因的克隆及其低温胁迫下的表达分析

为研究蝴蝶兰对低温胁迫响应的分子调控机理,本研究采用RT-PCR及RACE的方法从蝴蝶兰叶片中克隆了一个C3型PEPC基因PhPEPC (登录号为:MK482383),该基因cDNA全长序列为3 448 bp,开放阅读框长度为2 898 bp,编码965个氨基酸;该蛋白包含一个PEPC酶结构域,具有2个PEPCase活性位点,86个磷酸化位点和7种motifs,为一酸性亲水性蛋白。系统进化分析显示,蝴蝶兰PhPEPC蛋白与兰科植物小兰屿蝴蝶兰、铁皮石斛、深圳拟兰等的PEPC蛋白亲缘关系最近。分析表明,PhPEPC基因在蝴蝶兰根中表达水平最高,在花器官中的表达水平次之,在叶和花梗中的表达水平最低;在13℃/8℃的昼/夜温度条件下,PhPEPC基因的表达水平先升高后降低,当恢复培养3 d时,该基因的表达水平又趋于升高。结果表明,蝴蝶兰PhPEPC基因参与了对低温胁迫的调控。本研究结果将有助于理解蝴蝶兰对低温胁迫的适应机制,并为蝴蝶兰新品种的遗传改良提供依据。     

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。     

漆树查尔酮合酶基因家族生物信息学分析

查尔酮合酶(CHS)是黄酮类化合物合成过程中的关键酶。为了进一步探索CHS基因家族在调控黄酮类物质合成中的功能,本研究对12个漆树CHS基因编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、蛋白二级结构以及系统进化等方面进行初步生物信息学分析。保守结构域分析发现12个TvCHS基因均含有CHS-Like保守序列;12个TvCHS基因除了TvCHS10在叶中不表达和TvCHS11在根中不表达,其余10个基因在漆树根茎叶都有表达;12个CHS蛋白中有4个疏水蛋白、8个亲水蛋白。在系统进化分析中,漆树CHS基因家族12个基因被划分为两个组。信号肽预测分析发现12个TvCHS基因均为非分泌蛋白;磷酸化位点预测分析发现丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点数量最多,络氨酸最少。本研究对漆树CHS基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究漆树CHS基因家族的功能提供了一定的参考和依据。     

利用CRISPR/Cas9基因编辑技术定点编辑水稻赤霉素2氧化酶基因OsGA2ox10

通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,以粳稻品种‘沈农265’为遗传背景对水稻赤霉素2氧化酶基因OsGA2ox10进行编辑,获得了该基因编码序列翻译提前终止纯合突变体ga2ox10-1、ga2ox10-2和ga2ox10-3。经RT-PCR检测突变体中OsGA2ox10基因表达量相比野生型极显著降低。表达模式分析显示该基因在根、茎、叶、叶鞘、幼穗中均有表达,其中在幼穗中表达量最高。亚细胞定位结果显示OsGA2ox10与GFP融合蛋白定位于细胞质中。本实验的开展为进一步明确GA2ox10基因功能和该基因在赤霉素代谢失活调控网络中的作用提供了依据。     

甘草生长素反应因子(ARF)基因家族的鉴定及表达分析

本研究旨在鉴定甘草ARF基因家族并分析其在非生物胁迫下的表达模式。以乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)为研究对象,利用生物信息学方法对ARF基因家族进行鉴定,并对其蛋白质理化性质、保守结构域、基因结构、进化关系、顺式作用元件和表达模式分析。鉴定得到10个甘草ARF基因。其蛋白氨基酸序列长度在301~945 aa之间,分子量约为33.07~104.37kDa,等电点为5.93~8.50。亚细胞定位分析显示甘草ARF蛋白均位于细胞核。保守结构域分析显示GuARF蛋白大多包含B3、Auxin_resp和Aux/IAA结构域。基因结构发现外显子数量从6个到22个不等。在甘草ARF基因启动子区还存在5类不同的顺式调控元件。系统进化分析表明甘草ARF蛋白分为3类。转录组数据分析显示,10个GuARF基因在非生物胁迫下具有一定表达特异性。上述结果显示甘草ARF基因家族可能参与多种生物过程,这为进一步研究植物对非生物胁迫的生理和分子反应提供了有价值的信息。     

西瓜FBA基因的鉴定及其对不同逆境的响应模式分析

果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是植物体内的一种参与糖酵解、糖异生和卡尔文循环的关键酶。FBA基因已被证实在植物生长发育及多种生物和非生物胁迫响应过程中发挥重要的作用,但目前对西瓜中FBA基因的研究却几乎空白。本研究采用生物信息学手段在西瓜基因组中共鉴定到5个Cl FBA基因,并对它们的保守结构域、基因结构、染色体位置、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件、启动子顺式作用元件等进行预测和分析。根据进化和亚细胞定位分析,西瓜FBA蛋白主要分为两类,分别主要定位在叶绿体和细胞质中。此外,我们还利用荧光定量PCR对Cl FBA基因的时空表达模式进行分析,发现大部分西瓜Cl FBA基因在茎和果实中优势表达。同时对西瓜Cl FBA基因在不同生物和非生物逆境处理后的响应模式进行分析,鉴定到一批不同胁迫响应的Cl FBA基因,为西瓜的抗病和抗逆育种提供了重要的分子基础。     

梭梭HaNAC2基因克隆、表达分析及亚细胞定位

本研究从梭梭中克隆得到1个NAC转录因子,命名为HaNAC2。同源性比对分析结果显示该基因含有典型的NAC蛋白结构域。系统发育分析结果推测该蛋白属于NAC家族第Ⅰ组的SENU5亚家族,组织特异性分析结果表明该基因在梭梭同化枝中表达量最高,荧光定量PCR结果显示该基因的表达量随干旱胁迫时间的增加而升高,推测其表达受干旱胁迫诱导。本研究克隆了该基因的启动子并进行分析,结果发现HaNAC2基因的启动子含有启动子固有元件,如TATA-box,CAAT-box等,还含有一些调控元件如MYB结合位点、组织特异性表达响应元件、光响应元件和一些其他的调控序列。通过PEG介导的原生质体转化法进行亚细胞定位分析,结果显示该蛋白定位于细胞核。本研究初步探索了HaNAC2基因的表达及定位,为进一步研究该基因在梭梭抗旱中的功能打下基础。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

草莓FvARF5基因的克隆、生物信息学及表达分析

生长素响应因子ARF是一类新的转录因子,通过激活或抑制生长素响应基因的表达调控植物的生长发育过程。为解析草莓生长素响应因子FvARF5在草莓形成过程中的功能,以草莓为试验材料,克隆了FvARF5基因并进行了生物信息学分析,利用qPCR分析了FvARF5在草莓不同组织及植物激素处理下的表达模式。结果表明,FvARF5基因开放阅读框为2 745 bp,编码914个氨基酸,蛋白质分子质量为100.65 ku,等电点为5.25。多序列比对和系统进化树分析表明,FvARF5基因具有保守的B3 DNA结合结构域和生长素响应因子保守结构域,与蔷薇科月季ARF5基因的进化关系最近,相似度达95%。亚细胞定位预测分析表明,FvARF5蛋白定位于细胞核中。启动子分析显示,FvARF5基因具有多样化的激素应答元件。qPCR结果表明,FvARF5存在组织表达差异,在茎和绿果中表达量较高。另外,FvARF5基因表达受到生长素和赤霉素的诱导,初步推测该基因可能参与了生长素和赤霉素调控草莓果实的形成过程。为进一步研究FvARF5基因的功能奠定基础。     

水稻PMEI基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

果胶是植物细胞壁的主要组成成分之一,在种子形成、果实等器官发育过程中发挥着重要的作用。果胶甲酯酶(pectin methylesterase, PME)使果胶去甲酯化,而果胶甲酯酶抑制剂(pectin methylesterase inhibitor, PMEI)是通过调节PME去甲酯化活性来共同调控果胶的甲酯化水平。水稻PMEI家族基因已有少量研究,但目前还没有进行过系统的生物信息学分析。本研究根据鉴定得到的49个水稻PMEI家族基因,利用单、双子叶植物的3个物种进行系统进化关系分析,结果表明水稻和玉米的PMEI基因之间同源性更高。对水稻PMEI进行结构特征域分析表明,大多数成员含有PMEI基因家族的特征结构域;利用RNA-Seq和微阵列数据进行分析,显示该基因在多个组织中表达,特别是在花药、雄蕊中有着较高的表达量,但在胚乳中几乎不表达;亚细胞定位预测表明,大部分PMEI基因存在于细胞膜中,在胞质、细胞核、质体、高尔基体、线粒体、过氧化物酶体等胞内位置也有分布,预示着PMEI功能的多样性。本研究通过对水稻PMEI基因家族的生物信息学分析,为进一步开展水稻PMEI基因家族的功能研究提供...     

水稻3-磷脂酰肌醇激酶FAB1/PIKfyve基因家族的鉴定及功能分析

FAB1/PIKfyve是催化3-磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns3P)形成3,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns(3,5)P2)过程的关键酶,其产物PtdIns(3,5)P2在真核细胞发育中发挥重要功能.为探寻PtdIns(3,5)P2在水稻生殖发育过程中的功能,本研究结合生物信息学和遗传学方法,对水稻FAB1/PIKfyve基因进行鉴定,分析其理化性质、基因结构、保守结构域、系统进化、顺式作用元件和组织表达模式并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得osfab1b突变体.生物信息学分析结果显示,水稻基因组中共鉴定到9个FAB1基因家族成员;基因结构分析显示FAB1家族基因结构存在差异,外显子数量为8～12个;保守结构域分析表明仅OsFAB1A和OsFAB1B含有N端FYVE结构域,其余成员具有Cpn60_TCP1结构域和PIPKc激酶结构域;系统进化分析提示FAB1家族功能在单双子叶植物中具有高度保守性;FAB1基因上游调控区域顺式元件预测发现多种生长发育相关、光响应以及激素和胁迫响应顺式元件;组织表达模式分析显示大多数FAB1基因为泛表达,其中FAB1C亚类基因在内外稃中的高表达提示其可能参与花器官发育.最后通过CRISPR/Cas9系统得到osfab1b突变体,经碘染观察花粉活力无明显异常,暗示FAB1家族在水稻生殖发育调控中存在功能冗余.本研究结果为单子叶模式植物水稻中磷脂酰肌醇调控网络及其生物学功能的研究提供了理论参考.     

水稻显性矮秆基因D55的精细定位

为了改良水稻品种的株型,本研究利用来源于普通野生稻的矮秆突变体lb4d与栽培稻品种(系)187R、广恢998杂交产生的F2群体对显性矮秆基因D55进行了精细定位。结果发现,D55基因对水稻株高具有较强的矮化作用,表现为显性矮秆。在日本晴、广恢998、187R等不同的遗传背景条件下,D55基因造成水稻株高降低30%左右;利用水稻SSR标记引物,D55基因首先被定位在水稻第11号染色体上RM5704和RM202之间3.53 cM区域;为了进一步精细定位D55基因,参考水稻品种日本晴的基因组序列,在D55基因附近区域寻找插入缺失序列,在RM5704和RM202之间发展了4个插入缺失标记,利用这4个标记将D55基因精细定位在indel A-7和indelg-15之间的53.1 kb区域。本基因精细定位的结果为D55基因的图位克隆提供了帮助。     

水稻光叶突变新基因的克隆和亚细胞定位

水稻叶片表皮毛突变体是研究单子叶植物细胞分化和水稻品种改良的重要材料。本研究对T-DNA标签技术获得的水稻光叶突变体(单隐性核基因控制,稳定遗传)进行田间观测和扫描电镜观察,以分析突变体叶片毛状体类型和分布特征;并采用DNA-Walking和RT-PCR方法定位并克隆该突变体基因,通过对该基因进行初步的生物信息学分析,构建绿色荧光蛋白融合载体,进行亚细胞定位。研究结果显示:突变体叶缘无毛,叶面毛状体缺失,缺失的毛状体类型主要为宏毛(即钩毛),但种子颖壳表面毛状体正常生长,是国内外尚未报道的一种新型的光叶突变体;对T-DNA标签插入序列进行相似性比对,确定插入位点,表明突变体候选基因在水稻第6号染色体上,通过基因克隆获得了c DNA序列,暂命名为GLL;生物信息学分析表明,GLL基因含有8个外显子,7个内含子,该基因的开放阅读框(ORF)有702 bp,编码233个氨基酸;对GLL蛋白结构域进行分析,发现该蛋白有一个PEX11保守结构域;系统进化关系表明,GLL与预测的水稻中PEX11-5同源性最高;亚细胞定位表明该基因在细胞核、细胞质和细胞膜中表达。本研究为解析水稻及单子叶植物中毛状体发育分子机制和进行水稻品种改良奠定了基础。