大麦HD-Zip Ⅳ基因家族的生物信息学分析

同源异型域-亮氨酸拉链第Ⅳ蛋白家族(Homeodomain-leucine ZipperⅣ,HD-ZipⅣ)是HD-Zip转录因子家族的第四亚族,为植物特有的一类转录因子蛋白,在植物的表皮发育、花色素苷积累、脂质转运以及角质层的生物合成等发挥了重要作用。利用大麦全基因组数据库,获得大麦HD-ZipⅣ基因多肽序列并鉴定了8条HD-ZipⅣ蛋白序列,对这些成员的染色体分布、蛋白质结构、基因结构与进化、转录表达等进行了预测和分析。结果表明,除了第3、4号染色体外,其他5条染色体上均有分布。理化性质和结构分析表明,大麦与其他物种的HD-ZipⅣ序列基本相似,但有细微差别。进化分析表明大麦HD-ZipⅣ基因可能在单、双子叶植物分化后发生多样化并扩大形成了该基因家族。大麦HD-ZipⅣ基因在生殖器官中特异表达,推测与大麦籽粒的生长与发育有关。本研究为研究大麦HD-ZipⅣ基因家族的生物学功能提供理论支持。     

小麦转录因子基因TaMYB70的分离和表达分析

为了探究小麦MYB转录因子基因TaMYB70的功能,采用同源克隆方法分离TaMYB70（MK024291）基因cDNA序列,运用生物信息学手段分析该基因序列特征,采用实时荧光定量反转录PCR（qRT-PCR）检测其在不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,分离得到的TaMYB70部分序列长度为1 272bp,包含一个长度为1 008bp的开放阅读框,编码335个氨基酸残基。TaMYB70蛋白含有2个螺旋-转角-螺旋结构的Myb-type HTH DNA结合结构域。TaMYB70氨基酸序列与粗山羊草、二穗短柄草等植物MYB44同源性较高,与拟南芥R2R3-MYB转录因子第22亚族成员属于同一分支。qRT-PCR分析表明,TaMYB70在脱落酸胁迫下表达量升高,在PEG和NaCl胁迫下表达量下降,该转录因子可能参与小麦逆境胁迫应答。     

大麦基因组GRAS基因家族的全基因组鉴定与表达分析

GRAS基因家族是一类仅存在于植物并广泛参与其生长发育调控的转录因子,根据其序列结构和系统发育树分化特征,GRAS转录因子包含PATI, DELLA, HAM, SCR, SHR等多个亚家族成员。本研究利用大麦最新的基因组数据库,采用生物信息学的方法筛选鉴定出41条GRAS基因序列,其中有34条序列具有完整的GRAS家族蛋白特有的GRAS结构域,可定位到大麦7条染色体上且呈不均匀分布。与拟南芥和水稻GRAS蛋白进行的系统发育分析,可将大麦GRAS家族蛋白进一步划分为10个亚家族。本研究对大麦GRAS基因的表达丰度分析,发现部分基因在发育阶段高表达,这可能暗示着这些基因在相应发育阶段起到重要作用。本研究结果可为后续挖掘和验证大麦GRAS基因提供参考。     

基于RNA-Seq的茶树CsMYB生物信息学分析

作为植物中最大的转录因子家族之一,MYB参与多种生物学过程,本研究基于RNA-Seq技术,对获得的一条茶树MYB Unigene,将其命名为CsMYB。采用生物信息学的分析方法,对CsMYB基因片段氨基酸序列同其它植物间相应片段进行同源性和系统进化分析,并进行该基因编码蛋白的理化性质和结构功能预测,结果表明:CsMYB基因编码的蛋白含315个氨基酸,是一种亲水性蛋白,定位于其它细胞器,该蛋白不存在信号肽,是一种非分泌蛋白;其编码的氨基酸序列与葡萄的同源关系较近,与豆科植物的同源关系较远;功能结构分析表明其20~127位氨基酸之间含2个保守的HTH-MYB类型结构域,归属于R2R3-MYB家族;二三级结构分析表明CsMYB主要由无规则卷曲和α-螺旋组成,空间结构主要是螺旋和转角。分析茶树基因组MYB基因的表达模式,发现不同茶树品种间大部分差异MYB基因表达呈显著上调趋势,少部分下调表达。     

芒果FLC同源基因的克隆和表达分析

开花抑制基因FLC (FLOWERING LOCUS C)是春化作用中的关键基因,为探索MADS-box转录因子在芒果花器官发育中的作用,本研究利用RT-PCR克隆得到芒果MADS-box转录因子MiFLC的cDNA全长,序列分析显示该基因具有MADS_MEF2_like和K-box结构域,属于MADS-box基因家族,MiFLC基因编码区长576 bp,编码191个氨基酸,蛋白质相对分子质量22.08 kD,等电点为9.18。MiFLC的生物信息学分析表明该蛋白序列的二级结构主要由α螺旋、无规则转曲及延伸链构成,属于亲水性氨基酸。序列分析和系统进化树分析显示,MiFLC基因编码的蛋白与橙子、枳、龙眼、克莱门柚的蛋白序列同源性高,亲缘关系较近。组织特异性表达分析表明,MiFLC基因在芒果不同品种和每个品种的不同组织部位均有表达,在‘桂七’、‘金煌’、‘凯特’3个品种的表达量呈现出一致性,在营养器官中表达量最高,在花器官中表达量较低,表达量顺序依次是叶茎果花。     

白菜GRF转录因子家族全基因组鉴定、进化及表达模式分析

生长调控因子是植物中一类重要的转录因子,在白菜的生长、发育过程发挥重要作用。本研究利用生物信息学技术对白菜全基因组中的GRFs进行鉴定与分析,利用生物信息学方法分析白菜基因组中的15个GRF转录因子的蛋白质理化性质、基因结构、保守基序等,进一步研究其系统进化和表达模式。结果表明,15个BraGRF蛋白长度为347～538 aa,分子量为37.99～60.83 kD;保守基序motif 1、motif 2、motif 3是GRF蛋白中最保守的基序,BraGRF02、BraGRF03、BraGRF04、BraGRF11和BraGRF13是15个白菜GRF家族中活跃度最低的成员。白菜、拟南芥和水稻的GRFs可分为4个亚类,且同属于双子叶植物的白菜和拟南芥GRF转录因子亲缘关系更近;GRF家族成员在角果和茎中表达水平较高,其中Bra000575 (BraGRF08)和Bra011781 (BraGRF09)这2个基因在茎组织中的表达活性最高。通过对白菜GRF基因家族的生物信息学分析,揭示了白菜GRF转录因子在进化中的特点以及不同组织的表达特性,为后续进一步了解白菜GRF功能验证提供依据。     

拟南芥AtTCP4基因克隆及原核表达

为进一步研究转录因子TCP4在植物生长发育过程中的调控作用和下游靶基因。利用生物信息学分析转录因子TCP4家族及其蛋白序列,扩增AtTCP4基因CDS序列、构建原核表达载体并诱导纯化获得蛋白,利用凝胶电泳迁移试验(EMSA)验证AtTCP4蛋白与拟南芥功能基因LOX2启动子区域的顺式作用元件结合。生物信息学分析表明,拟南芥TCP蛋白含有非典型的螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域;系统进化树表明,AtTCP4属于Ⅱ类TCP蛋白;蛋白三级结构预测表明:转录因子TCP4可以形成同源或异源二聚体。特异性引物扩增获得AtTCP4基因的CDS序列,其开放阅读框(ORF)长为1 263 bp。构建原核表达载体pET-28a-AtTCP4并转化到Rosetta(DE3)感受态中,经IPTG诱导、纯化和Western Blot检测证明获得AtTCP4蛋白。EMSA试验验证AtTCP4蛋白能够结合到功能基因LOX2的顺式作用元件。转录因子TCP4结合功能基因LOX2启动子区域,影响植物激素茉莉酸的生物合成,调控植物的生长发育过程。     

胡杨核转录因子PeNF-YB1克隆及其干旱响应表达

为阐明木本植物中核转录Y因子B亚基蛋白(NF-YB)及其编码基因在抗旱转录调控中的机制,运用生物信息学知识和方法,采用PCR克隆技术,以模式树种毛果杨基因组核转录Y因子B亚基蛋白同源序列为参考,从胡杨叶组织基因组材料中反转录获取了核酸长度为543 bp的目标基因PeNF-YB1。该基因编码的蛋白具有螺旋-环-螺旋二级结构,含有NF-YB蛋白保守结构域和功能氨基酸,不含核定位信号肽;GFP亚细胞定位表明该基因在核中表达;PEG6000溶液干旱胁迫下,该基因表达具有早期上调、延后转为下调的响应变化。研究认为克隆的PeNF-YB1是植物NF-YB亚基基因家族成员,并在干旱早期响应过程中起转录表达作用。研究结果不仅说明了NF-YB转录因子在木本植物中的抗旱作用,也为树木抗旱调控机制的阐明提供了重要参考。     

拟南芥转录因子CBF2的克隆与生物信息学分析

本研究旨在克隆转录因子CBF2并对其进行生物信息学分析得到该基因相关信息。试验以拟南芥基因组DNA为模板,根据GenBank中拟南芥转录因子CBF2(FJ491243.1)已知序列设计引物,回收扩增的目的片段与T-easy载体连接后转入大肠杆菌(E.coli DH5α),经蓝白斑筛选后提取重组体的质粒,经滞后筛选、PCR、酶切鉴定无误后进行测序。经生物信息学分析,该基因全长651 bp,其中编码区长648 bp,编码216个氨基酸,其蛋白的分子式为C₁₀₅₆H₁₆₂₃N₂₉₃O₃₃₃S₁₆,相对分子质量为24.26 kDa,等电点为5.00,该蛋白为亲水性非分泌型蛋白,无信号肽存在;其蛋白质二级结构以α-螺旋、β-折叠和无规卷曲为主。肽链可能含有9处丝氨酸磷酸化位点,6处苏氨酸磷酸化位点,以及2处酪氨酸磷酸化位点。本研究通过对CBF2基因的生物信息学分析,获得了该基因的相关信息,并与已有研究结果进行比对分析,推测该基因在植物抗逆过程中有重要的作用。     

小麦G2-like转录因子家族基因鉴定与表达模式分析

Golden2-Like (G2-like)转录因子,是属于MYB类转录因子中GARP超家族的成员,在调节叶绿体发育中起重要作用。本研究利用生物信息学方法对小麦G2-like基因进行了全基因组鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位、启动子顺式作用元件及对非生物胁迫和激素的响应模式进行了分析。从小麦中共鉴定出87个G2-like基因,不均匀的分布在小麦21条染色体上,系统发育分析将这些基因分为14个亚族。蛋白质二级结构预测表明,小麦G2-like基因的氨基酸序列均以α螺旋和随机卷曲为主要结构。启动子顺式作用元件分析表明其上游2 kb区域含有7种(P-box、SpI、LTR、ABRE、MBS、TGA-element和AE-box)与逆境胁迫诱导相关顺式作用元件。其中Ta3AG2-like19含有顺式调控元件结合位点最多,一共有18个结合位点。qRT-PCR验证发现,Ta3AG2-like19、Ta3AG2-like20、Ta4AG2-like29和Ta6AG2-like52在PEG和盐胁迫下以及GA、IAA和ABA激素诱导下表达量显著上调,这些基因可能介导了小麦对多种非生物逆境的响应。     

大麦GRF家族的基因组鉴定及生物信息学分析

生长调控因子(grow regulating factor, GRF)是重要的植物转录因子之一,在调控植物生长发育过程中发挥重要作用.本研究通过生物信息学分析,从大麦基因组中鉴定出12个HvGRF转录因子家族成员,且均具有完整的特征结构域QLQ和WRC.HvGRF家族成员含有2～5个外显子,蛋白二级结构具有相似的特征,...     

甜菜ERF转录因子基因克隆及非生物胁迫响应分析

ERF(Ethylene-responsive element binding factors)是调控植物生长发育和响应胁迫的重要转录因子，在植物应对生物及非生物胁迫反应、调控胁迫相关功能基因的表达、提高植物的抗逆性中起着重要的作用。分析甜菜ERF转录因子基因在非生物胁迫下的表达规律，旨在为深入研究ERF转录因子在甜菜逆境胁迫应答中的作用机制提供理论依据。本研究以高糖型甜菜品系‘BS02’为试材，利用RT-PCR方法克隆得到Bv＿ammr基因，并对其进行生物信息学分析。该基因CDS区长906 bp，编码301个氨基酸。蛋白质分子量为33.19 kD，理论等电点为8.61，其二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主，具有一个AP2保守结构域；氨基酸序列的同源性和进化树分析显示其编码蛋白与马兜铃菌毛所编码的蛋白亲缘关系较近。采用实时荧光定量PCR方法观测非生物胁迫下该基因表达模式，结果表明，Bv＿ammr基因对低温、高温、干旱、盐、ABA等非生物胁迫有不同程度响应。     

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。     

蓖麻NAC转录因子家族的鉴定及生物信息学分析

NAC蛋白是植物特有的转录因子大家族,作用于植物生长发育和逆境胁迫响应,本研究基于蓖麻全基因组数据,利用生物信息学分析方法对蓖麻NAC转录因子家族成员、系统发育、编码蛋白的结构和理化性质进行分析。蓖麻NAC转录因子家族包括91个成员,分为14个亚族,其中蓖麻NAC转录因子Ⅻ亚族和Ⅻ亚族为蓖麻特有NAC蛋白;基因结构分析显示内含子数量为2~5个,Ⅻ亚族中12个成员缺少内含子;蛋白结构域分析显示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个亚族蛋白质序列5个结构域(Motif)保守性较强,motif 2几乎存在所有蓖麻NAC蛋白中;与拟南芥105个NAC成员构建系统发育进化树,蓖麻58个NAC蛋白分别聚类到38个OGs,NAC转录因子的40个OGs中蓖麻缺少OG3b和OG7f;理化性质和结构分析显示蓖麻NAC蛋白质绝大多数是亲水氨基酸,二级结构以无规则卷曲为主,三级结构大部分相似。蓖麻具有很强的抗逆境胁迫能力,本研究为蓖麻耐性相关的NAC转录因子调控机理研究提供了科学依据。     

紫花苜蓿GLKG34转录因子的生物信息学和表达分析

GLK基因家族是植物特有的转录因子,在调节叶绿体发育中起着重要作用。为了进一步研究GLK基因家族中GLKG34转录因子的基本特征以及在胁迫下的响应情况,本研究在基因组范围内,利用生物信息学方法对苜蓿的GLKG34转录因子分布、结构和功能等进行分析。结果预测表明:苜蓿GLKG34转录因子位于苜蓿第六条染色体,编码384个氨基酸残基,有亲水性,定位于细胞核。在蛋白质二级结构预测中,无规则卷曲与α螺旋占比较大。同源比对结果显示:与菜豆亲缘关系最近,与玉米等禾本科亲缘关系较远。通过顺势作用元件预测发现:该基因2 000 bp启动子序列中存在许多非生物胁迫响应元件,推测其对逆境胁迫有调节作用。对干旱、盐、碱及冷胁迫下的荧光定量分析表明:GLKG34对盐碱有明显响应。本研究为紫花苜蓿中GLKG34转录因子的功能解析及耐性基因的挖掘提供了一定的参考依据。     

大豆GmGRF5基因的组织表达模式与生物信息学分析

Growth Regulating Factor (GRF)家族基因是一类植物特有的转录因子,广泛参与植物多个重要的发育过程。为了研究大豆中的GRF转录因子的功能,本研究从大豆‘天隆1号’品种中克隆获得全长为1 038 bp的cDNA序列,由于该序列的编码蛋白与拟南芥GRF5具有高度的相似性,因此将其命名为GmGRF5基因。通过RT-PCR进行组织部位表达分析,发现GmGRF5基因在大豆各个组织部位均有表达,且在花中的表达量最高。通过ExPASy-Protparam分析发现,该蛋白质的分子量为39.463 48 kD,是具有一定亲水性、不稳定的碱性蛋白。该蛋白含有GRF家族蛋白的两个保守功能域(QLQ和WRC)。利用SOPMA对该蛋白的二级结构预测,显示其主要由无规则卷曲(72.05%)、α-螺旋(13.83%)、延伸链区(9.8%)和β-转角(4.32%)组成。此外,还利用不同的生物信息学软件对其三级结构、跨膜域、亚细胞定位、互作蛋白进行了分析,并构建系统进化树。结果表明,Gm GRF5基因在进化过程中具有高度的保守性,在大豆中具有潜在的功能多样性。     

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。     

MADS-box基因GmAP3的克隆及生物信息学分析

植物MADS盒基因蛋白是一类在生物发育过程中起着重要作用的转录因子家族。本研究在前期大豆花芽转录组测序分析的基础上,利用RACE技术成功克隆了一个MADS-box基因的全长cDNA序列,利用生物信息学方法对它所编码的氨基酸基本性质和结构进行了系统分析。结果表明,该基因属于MIKC家族,为亲水性蛋白,稳定性较好;二级结构中同时含有α-螺旋、β-转角、延伸链和无规则卷曲结构,其中α-螺旋和无规则卷曲所占比例均较高;亚细胞定位分析显示其定位在细胞核上;聚类分析表明该基因属于AP3亚家族,该基因编码的氨基酸与拟南芥AP3蛋白的同源性为41.18%,与大豆中GmNMH7的同源性最高为97%,命名该基因为GmAP3。本研究成功克隆出GmAP3基因,为该基因的进一步研究提供实验材料,并通过生物信息学分析预测,为下一步该基因的功能研究提供依据。     

水稻纹枯病菌谷胱甘肽S-转移酶基因的生物信息学及表达分析

通过生物信息学方法及表达分析对水稻纹枯病菌谷胱甘肽S转移酶基因(Rsgst)的功能进行探索。通过水稻纹枯病菌RSIADB基因组数据库查找Rsgst序列,确定该基因在水稻纹枯病菌基因组中的精确位置。利用生物信息学软件预测Rsgst编码蛋白氨基酸序列的基本信息,并使用MEGA 5.0软件构建同源蛋白的系统发育树,最后用qRT-PCR检测Rsgst在菌核发育过程中的基因表达量,同时测定GST的酶活性。结果表明,Rsgst全长1 207 bp,该基因共编码277个氨基酸残基,其编码蛋白分子量为30.90 ku,理论等电点为9.42。该蛋白二级结构中以α-螺旋为主,占41.52%。系统发育树表明,水稻纹枯病菌GST蛋白与担子菌类玉米丝黑穗病菌GST蛋白亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,Rsgst在水稻纹枯病菌菌核发育过程中表达量不断上调,基因最高表达量是在第60小时,为7.64,而Rsgst的最高酶活性是在第5天,其酶活为0.375 U/μg。结果可为预测水稻纹枯病菌中Rsgst基因的功能奠定基础。