烟草NtSnRK2基因的鉴定分析

干旱、渗透胁迫及盐胁迫等非生物胁迫是影响农作物产量与品质的重要环境因素。SnRK2基因家族参与植物抗逆,是植物抗逆响应的关键基因。目前尚无烟草SnRK2系统研究报道,因此本研究的目的是要鉴定NtSnRK2基因家族。本研究通过同源比对获得栽培烟草中21个NtSnRK2家族成员,应用MEGA及MEME等相关软件分析了NtSnRK2基因家族的序列,并初步分析它们的基因结构及功能、进化关系,结果表明NtSnRK2基因家族可以分为3个类群,并且在基因结构与motif上具有较高的相似性,该研究结果可应用于烟草的耐旱育种。     

禾本科V-ATPase基因家族与全基因组加倍关联的适应性进化分析

V-ATPase在植物适应逆境中起着非常重要的作用,本研究以重要模式植物拟南芥V-ATPase相关基因为目标序列,通过在6个禾本科植物(水稻,大麦,玉米,高粱,谷子和二穗短柄草)基因组中进行比较分析,揭示该基因家族扩增机制和适应性进化进行研究。分析发现,七个不同的植物基因组虽然经历了不同全基因组加倍,其中谷子与玉米加倍关联的基因数量最多,但V-ATPase基因数量在每个基因组非常相近,尤其是禾本科中玉米相对其它物种多一次单独的特异性加倍,然而这一基因家族数量并未增加,这表明全基因组加倍虽然在一定程度上使得家族基因扩增,但是基因丢失可能也维持了该基因组的剂量;对七个基因组中的161个V-ATPase基因进行motif分类确定,不同物种基因组中的motif结构不同,拟南芥和水稻中c-亚基相关的基因数量最多;系统发育分析发现,拟南芥基因和水稻基因进化相对较快,并且在拟南芥中这一基因家族有3个基因簇,它们与基因的串联重复加倍有关联;适应性进化分析揭示B-亚基相关的基因在进化过程中受正选择压力影响进化。     

雪菜BjSnRK2C基因的克隆及生物信息学分析

SnRK2家族基因编码植物体内一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是ABA通路中影响植物抗逆能力的关键调控基因。基于SnRK2成员c DNA的保守区序列信息,利用RT-PCR与SON-PCR相结合的方法从雪菜中克隆了一个SnRK2全长c DNA序列,命名为BjSnRK2C。测序结果显示,该c DNA序列全长1 380 bp,包含一个137 bp的3'-非翻译区,一个214 bp的5'-非翻译区,一个1 029 bp的完整开放阅读框,编码342个氨基酸,在Gen Bank数据库的登录号为MF983711。BjSnRK2C蛋白激酶理论分子量为38. 2 ku,理论等电点为5. 61,属于亲水性蛋白,存在2个显著跨膜结构域,含有30处磷酸化位点,没有信号肽,最可能定位的位置是在细胞质上。BjSnRK2C蛋白激酶的二级结构具有130个α-螺旋、126个无规则卷曲、59个延伸链和27个β-转角。BjSnRK2C蛋白包含1个丝氨酸/苏氨酸酶活性结构域和1个ATP结合位点,同拟南芥AtSnRK2. 8蛋白激酶亲缘关系最近,处在同一进化分枝。雪菜BjSnRK2C蛋白激酶的三级结构与拟南芥AtSnRK2. 8蛋白激酶极为相似,推测它们具有类似的功能。BjSnRK2C蛋白激酶的C末端仅含有结构域Ⅰ,缺少结构域Ⅱ,暗示雪菜BjSnRK2C基因在参与非生物胁迫过程中很可能也是不依赖ABA调控通路的。研究结果可为今后深入研究BjSnRK2C功能奠定理论基础。     

水稻NRL基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

NRL (NPH3/RPT2-Like)基因家族是植物中特异存在的基因家族,根据拟南芥NRL基因家族中参与植物向光性响应的NPH3 (NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 3)和RPT2 (ROOT PHOTOTROPISM 2)命名.本研究利用生物信息学方法鉴定到27个水稻NRL基因,分布在除10号染色体外的染色体上,同时基因复制分析结果表明,全基因复制或片段复制比串联复制在水稻NRL基因家族扩张中起更大的作用.利用单、双子叶植物的7个物种进行系统进化关系分析,将192个NRL基因家族成员分为6个不同的组.水稻NRL家族的结构特征分析显示,多数成员含有NRL基因家族的特征结构域,而基于RNA-Seq和微阵列数据的表达分析结果表明,水稻NRL家族基因在多个组织表达,同时部分基因在叶片、花序和花药中高表达.本研究对水稻NRL基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究水稻NRL基因家族的功能提供了一定的参考和依据.     

植物SnRK2基因家族的研究进展

蔗糖非酵解型蛋白激酶2(SnRK2)是一类在植物中普遍存在的蛋白激酶，属于Ser/Thr类蛋白激酶，在多种信号转导中均能发挥作用。为了研究SnRK2蛋白激酶在植物抗逆中的作用，分析了SnRK2基因家族的特点及研究历程，归纳了SnRK2基因在调控植物叶片气孔孔径，响应干旱胁迫、盐胁迫以及响应种子萌发和发育等方面的功能，指出SnRK2基因在多种信号转导中均能发挥作用，可以有效提高植物的抗逆能力。SnRK2基因在种子萌发和发育过程中具有重要意义，本研究为今后SnRK2分子机理研究和植物品种培育提供了参考依据。     

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。     

烟草SnRK2基因家族的克隆及表达分析

农作物生产过程中会面临多种非生物胁迫的影响,会极大地影响作物的产量以及品质。非生物胁迫形式多种多样,干旱胁迫是其中一种主要形式。烟草是重要的经济作物,主要在中国西南地区种植,但经常会遭受极端干旱胁迫。Sn RK2基因家族参与植物抗旱过程,能够受逆境胁迫诱导表达,这种表达是SnRK2基因家族功能的重要体现。为了进一步研究烟草SnRK2家族基因的功能,本研究克隆了烟草SnRK2基因家族GroupⅠ的基因,并检测了烟草SnRK2基因家族的组织表达特异性及诱导表达特异性。结果表明,烟草SnRK2基因中Ntab0922420基因的表达量最高,同时烟草SnRK2基因家族成员更容易在茎与叶中表达。烟草经过低温、盐、干旱胁迫以及ABA处理后,部分SnRK2基因成员表现出受胁迫诱导,其中ID为Ntab0894060的基因受干旱显著诱导。这些工作将为研究烟草SnRK2基因家族功能鉴定基础,并为培育抗逆烟草品种提供遗传资源。     

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...     

玉米ZmC2s基因家族鉴定及ZmC2-15耐热功能分析

鉴定玉米ZmC2s基因家族成员,分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性,为明确其在玉米耐热方面的功能和分子机制奠定基础。使用C2蛋白结构域PF00168,利用hmmsearch从玉米全基因组中搜索ZmC2s基因家族成员,分析其编码蛋白质等电点和分子量、系统进化和基因家族复制。使用候选基因关联分析的方法,对ZmC2s基因自然变异位点与玉米苗期耐热性进行关联分析,发现玉米ZmC2s基因家族重要的耐热候选基因。使用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)的方法鉴定与玉米苗期耐热性最显著相关的ZmC2候选基因ZmC2-15在胁迫和激素处理下的基因相对表达水平,在玉米原生质体瞬时表达系统中鉴定ZmC2-15-GFP的亚细胞表达部位,以及获得过表达ZmC2-15的转基因拟南芥并分析其耐热性。从玉米参考基因组B73中共鉴定出95个玉米ZmC2s基因,根据其物理坐标的先后顺序,将95个玉米ZmC2s基因命名为ZmC2-1～ZmC2-95。其蛋白长度为130～2141,等电点为4.1～10.8,分子量为14.1～230.1。通过构建玉米、水稻和高粱基因组C2基因的进化树,发现C2基因可以分为3个大的聚类分支,每...     

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,...     

植物SnRK2基因家族研究进展

蔗糖非依赖1蛋白激酶2(SnRK2)激酶家族,是众多应答渗透压胁迫的蛋白激酶家族之一。本综述主要介绍了SnRK2蛋白激酶家族的研究进展,包括分子结构、活性调控、下游的靶标基因及其生理学功能等。总结了近年来Sn RK在联系植物中特有的代谢和胁迫应答、调控ABA和SOS信号转导途径及ABA依赖的植物生长等方面研究所取得的进展,试图为深入开展植物环境胁迫机制研究提供参考。     

玉米Dof转录因子的全基因组鉴定和表达模式分析

为了研究玉米中Dof转录因子家族功能,本研究利用生物信息方法,在全基因组水平对玉米Dof转录因子进行鉴定,并对其理化性质、系统进化、保守结构域、共线性和表达模式进行了系统分析。结果表明,共有46个玉米Dof转录因子被鉴定到,它们不均等分布在9条染色体上。多序列比对发现所有的ZmDof均具有1个保守的C2-C2单锌指结构域。系统进化分析将Dof分为4个亚组,其中亚组I和III是最大的亚组,均包含有30个水稻、拟南芥、玉米Dof转录因子。共线性分析发现ZmDof与二穗短柄草、水稻、高粱Dof基因分别组成了22、37、37对共线性基因对,说明它们具有很好的基因共线性关系。表达模式分析发现所有的ZmDof基因表现特异性表达,说明它们在植物生长发育阶段发挥着重要作用。本研究结果为进一步分析玉米Dof转录因子家族的功能提供了重要依据。     

利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得水稻OsWOX9C基因突变体

WUSCHEL-Related HOMEOBOX(WOX)基因家族是植物所特有的一类转录因子基因家族,该家族成员在植物发育的不同过程中发挥了重要的调节功能。相比于双子叶模式植物拟南芥,对于单子叶模式植物水稻中WOX基因家族成员功能的了解还很不充分。水稻DWT1/OsWOX9隶属于WOX基因家族的中间支,该基因在水稻主穗和分蘖穗的协同生长中起到了重要的调节作用。OsWOX9B和OsWOX9C是水稻中与DWT1/OsWOX9最为同源的基因,并具有相似的表达模式,但是否具有相似的生物学功能尚不清除。为了研究水稻WOX基因家族成员OsWOX9C的功能,我们利用CRISPR-Cas9基因编辑体系,设计了水稻WOX家族基因OsWOX9C(LOC_Os05g48990)的敲除靶点,构建了OsWOX9C基因的敲除载体。通过对OsWOX9C基因序列分析,将合成的靶点序列插入p BIN-sg R-Cas9-Os载体中,构建p BIN-sg R-Cas9-Os-Target载体,通过农杆菌介导的方法转化水稻品种9522。从5株T0代转基因苗中鉴定出1株OsWOX9C突变的杂合突变体,并通过对自交分离群体的测序分析,筛选出OsWOX9C的四种突变类型。这四种突变体的突变位点均在外显子第146位碱基处,包括插入碱基A或T的两种纯合突变类型,以及插入A/T或C/T的两种双等位突变类型。通过蛋白序列分析,发现这四种突变株系均导致移码而使氨基酸提前终止致使基因突变。本研究利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得了水稻OsWOX9C基因的敲除突变体,为进一步研究OsWOX9C基因的功能提供了重要的遗传材料。     

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。     

SnRK蛋白激酶家族及其成员SnRK2的功能

蔗糖非酵解型蛋白激酶(sucrose non-fermenting1-related protein kinase,SnRK)是广泛存在于植物中的一类Ser/Thr类蛋白激酶,参与植物体内多种信号途径的转导,在植物的抗逆境生理过程中扮演了重要角色。本文介绍了植物SnRK家族,重点阐述了SnRK2的结构、相互作用蛋白及该激酶活性的调节。SnRK2可以被NaCl及ABA等渗透胁迫激活,调节一系列相关基因的表达,从而提高植物对逆境的抵抗能力。     

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。     

毛竹WUSCHEL-related homeobox(WOX)基因家族鉴定及表达分析

WOX基因家族是植物特有的转录因子家族,在干细胞分裂和分化的维持中发挥着关键作用。虽然在模式植物拟南芥和水稻中,WOX基因家族的功能已有深入的研究,但是毛竹Ph WOX基因家族的表达模式和功能仍属未知。本研究系统地分析毛竹Ph WOX基因家族,首先在毛竹基因组数据库进行检索获取毛竹WOX基因家族,鉴定出毛竹基因组编码5个Ph WOX基因。通过遗传进化和基因结构分析,毛竹Ph WOX基因家族分为现代/WUS进化分支和古老进化分支。有趣的是毛竹Ph WOX基因家族在根、茎、叶和笋中广泛表达,并且在竹笋的发育过程中动态表达。本研究首次分析毛竹Ph WOX基因家族的功能,揭示了毛竹Ph WOX基因家族具有独特的进化模式和多样的表达模式,为后续探索毛竹发育的分子机制奠定基础。     

苹果属无融合生殖SERKs基因家族的克隆和表达分析

本研究利用同源克隆法以苹果属平邑甜茶和杂种后代叶片为试验材料,克隆得到4个SERK基因家族片段,并分析了SERKs家族基因在平邑甜茶和杂种后代不同器官和组织中的表达情况。研究结果表明:分离获得的4个SERK基因家族片段的氨基酸序列与模式植物拟南芥、烟草等植物的同源性均在84%以上,同时与其他物种的氨基酸序列进行Blast比对都具有较高的同源性;RT-PCR定量分析结果表明SERK1、SERK2、SERK3、SERK4基因主要在生殖器官中表达。因此,推测SERKs基因在平邑甜茶和杂种后代生殖发育过程中起着重要的调控作用。本研究结果为进一步揭示无融合生殖的发生机理奠定了基础。     

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。     

胡椒CPK基因家族鉴定与表达分析

钙依赖蛋白激酶(CPK)可作为Ca²⁺的感受器和效应器,在结合Ca²⁺后通过解除自抑制而激活自身激酶活性,并通过磷酸化靶蛋白实现信号转导。为了筛选鉴定胡椒CPK基因家族,探讨其基因进化及表达模式,本研究依据已公布胡椒基因组信息,利用生物信息学方法对胡椒CPK基因家族进行鉴定,共鉴定获得30个CPK基因,命名为PnCPK1～PnCPK30,并对该家族基因进行染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序、基因复制事件和表达分析。结果显示,大多数PnCPK基因含有6～8个内含子,30个PnCPK基因不均等地分布在18条染色体上,共有21对复制基因对,串联重复仅2对,Ka/Ks结果说明,胡椒CPK基因家族在进化选择中主要受纯化选择影响;为进一步分析胡椒和其他植物的同源进化关系,构建了胡椒与拟南芥、水稻的CPK进化树,胡椒CPK家族可分为4个亚族,GroupⅡ和GroupⅢ较保守;基于转录组数据结果显示,PnCPK家族各成员表达差异较明显,多数PnCPK成员在各组织中表达量差异不大,荧光定量PCR结果推测PnCPK4、PnCPK10和PnCPK16可能参与...