大豆基因组中OSCA基因家族的进化和表达分析

OSCA是钙通透性阳离子通道蛋白,在高渗胁迫感应中发挥重要的作用。本研究利用生物信息,筛选并鉴定出21个大豆OSCA家族成员。通过染色体定位及同源性分析表明,OSCA家族成员分布在15条染色体上,且存在大量的复制现象;通过Ka/Ks分析表明大豆OSCA家族基因的进化经受纯化选择压力。通过构建系统进化树,将大豆OSCA家族分为2个亚家族,第一亚家族又分为三组(GroupⅠ~Ⅲ),且各组内成员具有相似的内含子-外显子组成模式。保守性分析结果表明,大豆OSCA基因家族很保守,都包含3个功能结构域(即Late exocytosis,Cytosolic domain of 10TM putative phosphate transporter和Calcium-dependent channel);进一步组织表达分析结果表明,OSCA基因家族在不同组织的表达量不同。盐碱胁迫表达模式分析表明,OSCA3.1上调表达变化倍数最大。进一步的启动子分析结果表明,这些盐碱胁迫应答的基因启动子中存在着多种不同的胁迫响应元件,其中干旱和ABA应答相关的元件较多。以上结果为OSCA基因家族提供了新的有价值的信息,并为后续研究提供了重要参考。     

花生AhCLE基因家族鉴定及对土壤紧实和氮素复合胁迫响应分析

花生是我国重要的油料作物，其生长过程面临多种土壤环境逆境胁迫。CLE(CLAVATA3/Embryo Surrounding Region)多肽是目前研究最深入的植物多肽(多肽激素),具有类似传统植物激素的调节功能，广泛参与植物生长发育及抗逆过程。目前关于花生CLE(AhCLE)家族基因鉴定及抗逆功能的研究尚未见报导。本研究基于花生基因组注释信息，系统鉴定AhCLE家族成员并对其进行基因亚细胞定位、染色体定位、多序列比对、基因保守基序、基因结构及系统进化等分析；利用转录组信息结合实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)检测AhCLE基因家族各成员在花生不同组织部位及不同的土壤紧实及氮素胁迫条件下的表达情况。研究结果表明：AhCLE基因家族由9个成员组成，均含有12个氨基酸组成的CLE保守结构域序列；亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员均位于细胞外，为分泌型蛋白；启动子区顺式作用元件分析发现，该家族成员具有多个逆境胁迫及植物激素响应元件，表明AhCLE家族可能与多种植物激素协同参与调控植物逆境胁迫；聚类分析发现，该家族成员分布于4个不同的分支中，分别与拟南芥的AtCLE家族不同成员聚在一...     

甜菜小G蛋白BvRab基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】在全基因组范围内鉴定甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员,为研究甜菜小G蛋白BvRab基因家族功能奠定基础。【方法】本研究利用生物信息学手段对甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员进行筛选鉴定并进行理化性质、基因结构、蛋白保守基序、系统进化、染色体定位及共线性、启动子顺式作用元件和蛋白质互作预测分析。【结果】共鉴定到58个甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员。同一类型中的不同基因具有较为一致的外显子和内含子结构,家族成员共有5个蛋白保守基序;甜菜小G蛋白BvRab基因家族包含8个亚家族;家族成员不均匀地分布在甜菜的9条染色体上;BvRab基因家族成员与番茄、拟南芥中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较近,与水稻中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较远;BvRab基因家族成员启动子中含有多个激素应答元件和逆境应答元件;BvRab蛋白与参与植物生长发育及逆境应答相关的多种转录因子相互作用。【结论】本研究鉴定出58个BvRab基因家族成员,该基因家族成员可能在植物生长发育及逆境应答方面发挥重要作用。     

玉米BURP家族基因的鉴定和分析

利用玉米基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定玉米BURP家族基因的全序列、定位和编码蛋白,通过序列比对进行进化和分类分析,利用玉米高通量芯片表达数据进行组织表达谱分析。结果表明,玉米基因组中含有10个BURP家族基因,分布于玉米的5条染色体上,该10个基因通过选择性剪切编码14个BURP蛋白。启动子分析表明,大部分BURP家族基因的启动子区均含有逆境应答及花粉和种子发育顺式作用元件。各个发育阶段中,多数成员在生殖器官及营养器官中均有较高的表达量,只有ZmBURP3仅在营养器官根、茎、叶中高表达,ZmBURP2仅在生殖器官雄蕊和花粉中高量表达。实时荧光定量PCR结果表明,ZmBURP3、ZmBURP4基因受PEG和NaCl胁迫处理诱导不同程度上调表达。     

大豆TPS基因家族全基因组鉴定、分类与表达分析

本研究利用大豆基因组数据库,通过生物信息学分析,鉴定并获得大豆TPS 家族基因所有成员的全序列、基因结构和定位信息。研究还利用序列比对对大豆TPS 家族基因进行进化和分类分析,同时通过soybase大豆发育表达芯片数据库相关信息,对该家族基因成员的组织表达谱进行了检测。研究结果表明,大豆基因组中含有20个TPS家族基因成员。系统发育分析将这些TPS基因分成了两个亚家族。基因定位分析表明,这些成员基因分别分布于大豆的14条染色体上。启动子分析表明,全部大豆TPS 家族基因的启动子区都含有逆境反应顺式作用元件。转录水平芯片数据分析同时显示,大豆TPS家族基因大多在花、根、根瘤等组织中存在优势表达。该研究结果将促进大豆TPS家族基因的功能研究与利用。     

普通小麦DREB基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

DREB基因家族在调控植物生长发育和响应多种逆境胁迫中起着至关重要的作用。为了全面分析小麦中DREB基因家族成员的特性,为小麦DREB家族基因的发掘和利用提供参考,本研究采用生物信息学方法进行了全面的全基因组范围搜索,共获得了204个TaDREB基因。利用系统发育分析将其分为6个亚组,并进一步进行了染色体定位、基因结构和保守蛋白基序以及基因复制事件分析,系统研究了这些TaDREB基因的进化特征。此外,基于同源性分析的方法,构建了小麦DREB基因与其他基因之间的调控网络,鉴定到13个参与网络调控的TaDREB基因,并确定了179对互作关系。通过分析现有的RNA-seq数据,研究了TaDREB在不同组织和不同逆境胁迫下的表达情况,并鉴定到11个组织特异表达和多个响应逆境的基因。最后选取5个TaDREB基因,通过qRT-PCR技术验证了它们在热胁迫条件下的表达,结果证实这些基因均能对热胁迫产生响应。     

巴西橡胶树膜联蛋白基因家族成员的鉴定和表达分析

膜联蛋白是一个多基因家族,在植物逆境胁迫应答和生长发育等方面起重要作用。本研究以已发表的膜联蛋白氨基酸序列为探针,对橡胶树和其他5种植物的转录组和基因组进行搜索,鉴定得到14个橡胶树膜联蛋白基因家族成员,命名为Ann Hb1-Ann Hb14。基因结构分析发现,14个家族成员的内含子数目为3~6个,结构域的数目为2~4个。在进化上,橡胶树、木薯和蓖麻共3种大戟科植物的膜联蛋白具有较近的亲缘关系。表达方面,Ann Hb1在各组织中普遍表达,而Ann Hb6和Ann Hb7主要在胶乳中表达,Ann Hb10、Ann Hb8和Ann Hb13分别在树叶、树皮和雄花中特异表达,其他成员在各组织中低丰度表达或不表达;部分家族成员的表达还与叶片发育、乙烯利刺激、真菌侵染和低温胁迫等具有一定相关性。     

橡胶树KT/HAK/KUP基因家族成员的鉴定与表达分析

为研究巴西橡胶树钾转蛋白(KT/HAK/KUP)基因家族在生长发育和逆境胁迫方面的生物学功能,从橡胶树基因组中鉴定得到31个KT/HAK/KUP基因家族成员,并从基因结构、染色体定位、系统进化和表达分析等方面进行全面系统的分析.研究结果发现,KT/HAK/KUP基因家族31个成员分布在3个Contig和15个染色体上,...     

花生AhDREB转录因子对逆境胁迫的响应

DREB(Dehydration Responsive Element Binding Protein)转录因子是AP2/ERF类转录因子的一个亚家族,在植物抗逆过程中发挥关键作用。为更深入地理解花生Ah DREB转录因子的特点与功能,本研究采用生物信息学的方法对Ah DREB基因家族进行了分析。本研究发现花生中共有22个Ah DREB基因,并进一步分析了Ah DREB基因家族成员基因结构特点、遗传进化关系、组织表达情况以及逆境胁迫响应。研究结果表明,Ah DREB转录因子可以分成6类,每一类基因结构具有明显不同的特点。Ah DREB在22个正常不同组织中表达量均较低,但在逆境胁迫条件下,部分Ah DREB基因表达明显提高。本研究为深入分析Ah DREB基因在逆境胁迫中的作用奠定了理论基础。     

辣椒几丁质酶类基因家族的全基因组鉴定和表达特征分析

几丁质酶（chitinase, EC 3.2.1.14）是一种降解几丁质的糖苷酶,在植物应对非生物和生物胁迫中起重要作用。本研究对辣椒几丁质酶类（Capsicum annuum chitinase-like, CaCTL）基因家族成员进行了全基因组注释、进化分析和基因表达模式分析。从最新的辣椒基因组数据库中鉴定出31个CaCTL成员。根据系统发育进化树将这些成员分为GH18和GH19亚家族,并进一步分为5个亚类（Ⅰ~Ⅴ类）。保守基序分析结果表明,每个亚类中的成员存在功能相关性。对辣椒、矮牵牛以及番茄的CTL基因家族成员同源性分析表明,在矮牵牛和番茄中分别有7个和11个辣椒CaCTL的同源基因。通过qRT-PCR分析发现,在正常环境生长的辣椒植株中,64.2%的GH18亚家族的CaCTL成员表达水平很低,有64.7%的GH19亚家族成员在不同组织中存在差异表达。顺式作用元件分析表明,CaCTL成员启动子区域存在许多激素反应以及生物和非生物应激相关元件。当植物遭受不同的非生物胁迫时,qRT-PCR结果显示,多数CaCTL成员表达上调。当植物遭受高温干旱条件时,多个CaCTL成员的表达上调明显。上述结果丰富了CTL基因家族进化的研究,为探索CaCTL成员的功能提供了数据基础。     

番茄泛素活化酶基因家族进化及表达模式分析

泛素活化酶是蛋白泛素化所需的第一个酶,在泛素蛋白酶体途径中发挥重要作用。本文利用生物信息学方法从番茄基因组中鉴定出2个泛素活化酶(ubiquitin activating enzyme,UBA)基因,命名为Sl UBA1和Sl UBA2。序列分析表明Sl UBA1和Sl UBA2基因的CDS序列长分别为3 060和3 255 bp,分别编码1 019和1 084个氨基酸,编码蛋白分子量为114.15和120.46 ku,分别位于第6和9染色体。2个基因均含有5个内含子,编码蛋白均为酸性、疏水性蛋白;对蛋白二级结构分析发现2个UBA蛋白均以α-螺旋和无规则卷曲为主;亚细胞定位预测均定位于细胞核。序列比对和进化树分析表明番茄UBA基因与其他物种UBA基因相似性高,进化过程非常保守。番茄不同组织表达分析结果表明2个UBA基因在根系和花的表达量较高,果实成熟过程中的表达量相对较低。非生物胁迫试验结果表明:Sl UBA1基因在低温、干旱和盐胁迫下均上调表达;而Sl UBA2基因对非生物胁迫没有明显响应,这些结果表明Sl UBA1基因可能参与番茄对低温、干旱和盐胁迫的响应。     

杧果NFU家族基因的克隆、鉴定及其对非生物胁迫的响应分析

从二倍体杧果‘桂热82’中克隆和鉴定了4个Fe-S簇装配所需的NFU支架蛋白编码基因,命名为MiNFU1~ MiNFU4。MiNFU2和MiNFU3拥有全部3个NFU蛋白典型的Motif基序,MiNFU1缺失Motif 3而MiNFU4缺失Motif 1和Motif 2;MiNFU1~MiNFU3拥有相似的三级结构,而MiNFU4的三级结构与其差异较大,极为独特;13种不同科属植物之间的NFU家族成员数目略有差异,拟南芥、盐芥和短柄草3种一年生草本植物基因组中含有更多的支架蛋白,而非功能性支架蛋白在杧果、草莓、桃、苹果、柑橘和葡萄等多年生果树作物中更易发生丢失;植物NFU同源蛋白在系统发育树上可以分为2个亚家族,且在遗传进化关系上差异较大,同为十字花科、禾本科或蔷薇科植物的NFU同源蛋白分别倾向于紧密聚在一起,杧果NFU蛋白与柑橘和番茄相应的同源蛋白紧密聚在一起;杧果NFU家族基因在不同组织/器官中的表达水平差异显著,MiNFU2在所有检测组织中的整体表达表达水平最高,其次是MiNFU4和MiNFU1,而MiNFU3整体表达水平最低,杧果NFU家族基因均在幼苗叶片中的表达量最高,其次是韧皮部和盛开期花朵,在果实（幼果和熟果）中的表达水平相对较低;杧果NFU家族基因在转录水平对缺铁、高铁毒害、NaCl、PEG和低温处理的响应差异明显,虽然MiNFU3的整体表达最低,但却不受5种非生物胁迫的影响,MiNFU1和MiNFU4对高铁处理最为敏感,其表达水平在‘桂热82’幼苗全身组织均受高铁处理的调控而显著增加。此外,NaCl处理显著增加MiNFU1在根部的表达量,缺铁和PEG处理倾向于降低根部响应的NFU基因的表达水平,而低温处理倾向于降低叶片中响应的NFU基因的表达水平。本研究为明确杧果Fe-S簇装配分子机制提供基因资源,并为解析热带作物果树铁素营养和铁代谢奠定理论基础。     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

茶树SRO基因家族的鉴定及表达分析

SROs(Similar to rcd one)是植物特有的基因家族。本研究利用生物信息学方法从茶树基因组中鉴定获得9个茶树SRO基因家族成员,分别命名为CsRCD1-4和CsSRO1-5。9个茶树SRO基因的编码蛋白均具有特征结构域PARP和RST,具有相似的保守基序。系统进化树分析聚分为3组,Ι组包含CsRCD1-4,Ⅱ组包含CsSRO1和CsSRO2,Ⅲ组包含CsSRO3-5。基因结构分析表明每个CsSRO基因含有4至9个外显子。8个茶树组织转录组数据分析表明,CsRCD1、CsRCD3和CsRCD4可能在茶树不同发育阶段具有重要作用;大多数CsSRO基因在根和成熟叶中较高表达。上游启动子区域分析发现大量与植物发育、激素及胁迫响应密切相关的顺式作用元件,进一步对CsSRO基因在干旱和脱落酸处理下的表达模式进行分析发现,9个CsSRO基因均被诱导表达,CsSRO基因可能与茶树抗旱密切相关。     

玉米泛素结合酶基因家族分析及低氮胁迫下亚家族UBC2的表达分析

泛素结合酶是泛素/蛋白酶体途径的重要组成部分,在蛋白质的泛素化过程中具有重要作用。本研究利用生物信息学对玉米泛素E2家族成员进行系统进化及基因结构分析。系统进化分析显示,玉米泛素结合酶基因可分为6个亚家族,各亚家族成员数目差异较大。基因数目最多的亚家族是UBC1,为22个。成员数最少的是UBC3,仅为5个。以亚家族UBC2为研究对象,发现UBC2中一共存在4对旁系同源基因,分别是ZmUBC3/ZmUBC70、ZmUBC8/ZmUBC34、ZmUBC31/ZmUBC53以及ZmUBC45/ZmUBC66。对UBC2中成员进行基因结构分析发现,互为旁系同源的基因其基因结构相似。ZmUBC45/ ZmUBC66含有外显子数量最多,为9个,而ZmUBC31/ZmUBC53外显子含量最小,仅为4个。基因基序分析结果显示,ZmUBC3/ZmUBC70含有基序数量最多（8个）,ZmUBC8/ZmUBC34与ZmUBC31/ZmUBC53基序含量最小（均为3个）。基因启动子作用元件分析显示,泛素E2基因启动子元件类型可分为光响应、激素响应和胁迫响应元件、组织表达相关元件以及周期性调控相关元件5大类。基因不同组织表达分析显示,被检测基因在玉米雌花中均有很高的表达量,在根和茎中表达量最低。低氮胁迫结果显示,所有被检测基因在低浓度NO₃ ^-处理下,其基因相对表达量在1 h降至最低,随后逐渐上升。在低浓度NH₄ ⁺处理条件下,各基因表达量逐渐降低,在24 h达到最低值。以上结果表明,泛素结合酶亚家族UBC2基因受低氮胁迫的影响其表达量发生了变化。     

玉米CaM基因家族鉴定及特性分析

利用玉米基因组等多种数据库搜索CaM家族基因,对玉米CaM基因家族进行筛选与鉴定,对家族成员的基因结构、等电点、分子量、亚细胞定位、蛋白保守域等蛋白基本特性进行分析。同时分析不同组织和干旱胁迫条件下该类基因的表达情况,进一步利用qRT-PCR技术检测5个具有代表性的CaM基因在干旱处理条件下的表达变化。结果显示,共获得14个CaM基因,根据3’-UTR序列构建的系统进化树显示可分为4个亚家族。根据蛋白质的氨基酸序列,可分为3种亚型。家族成员蛋白分子量大多数为16.8 kD左右,等电点介于4.10～4.30,该家族蛋白保守结构域由3～4个EF手型结构域组成,主要定位于细胞质和细胞核。Zmcal4、Zmcal5和Zmcal6基因在各组织中表达非常低,干旱会抑制家族大部分成员的表达,覆水处理后,Zmcal3-1、Zmcal3-2、Zmcal3-3、Zmcal3-4的表达可恢复到对照水平,推测这几个基因可能参与干旱胁迫反应。qRT-PCR结果表明,干旱会抑制CaM基因的表达,随着干旱处理时间的增加,CaM基因的表达量逐渐降低,与生信分析结果一致。     

茶树CsGPX基因全基因组鉴定和表达分析

为明确茶树谷胱甘肽过氧化物酶(CsGPX)基因与非生物胁迫的关系,本研究利用生物信息学手段在茶树基因组中筛选得到3条CsGPX基因,对其编码蛋白理化性质、基因结构、系统进化树、顺式作用元件进行了分析。结果表明,CsGPX包含完整GPX结构域和3段保守序列,都具6个外显子。预测启动子上有参与植物激素和非生物胁迫响应的顺式作用元件。使用实时荧光定量PCR测定该基因的表达谱,发现它们在不同组织中的表达有显著差异。进一步分析表明,CsGPX被低温、ABA、盐以及干旱处理上调表达,但CsGPX2和CsGPX3的表达受低温抑制。本研究为茶树CsGPX家族基因克隆和功能验证提供基础。     

小麦SPL家族基因在非生物胁迫下的表达分析

SQUAMOSA promoter binding protein like(SPL)是一类在植物中广泛存在的转录因子家族,在调控植物生长发育、响应逆境胁迫等方面发挥着重要作用。为解析小麦中SPL家族基因响应非生物胁迫的机理,本研究采用生物信息学的方法在全基因组范围内对小麦SPL基因家族成员进行鉴定,并对鉴定到的SPL基因进行表达模式分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到56个小麦SPL基因,其中27个是miR156的靶基因;系统进化分析发现,56个小麦SPL基因聚类为7个亚家族。基于转录组数据对表达模式进行分析,发现36个小麦SPL基因与非生物胁迫响应相关,响应缺氮、缺磷、高盐、低温、干旱、高温胁迫以及热旱共胁迫的基因分别有12、16、22、6、13、14和21个,其中TraesCS3D02G425800同时响应7种非生物胁迫。qRT PCR验证结果与转录组数据基本一致。     

小麦EPF/EPFL基因家族的全基因组鉴定及 TaEPF1-2B与气孔性状的关系分析

表皮模式因子EPF/EPFL基因家族编码一类植物中特有的分泌类蛋白,在植物生长发育特别是形态建成过程中发挥着重要作用。为挖掘和利用小麦EPF/EPFL家族基因,对小麦该家族基因进行了系统鉴定,并利用生物信息学技术对其基因结构、蛋白质结构域、系统进化及表达特性进行分析。结果表明,在小麦全基因组水平共鉴定到35个TaEPF/EPFL基因家族成员,含有1~4个外显子,分布在除1A、5B外的19条染色体上,全基因组复制事件是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白结构分析显示,其编码蛋白的C端包含6个相对保守的半胱氨酸残基,N端存在信号肽剪切位点,且亚细胞定位在胞外基质中,属于一类胞外分泌蛋白。系统进化分析发现,TaEPF/EPFL基因在单子叶和双子叶植物分化之前就已形成。表达模式分析发现,大多数TaEPF/EPFL基因在小麦幼嫩组织和穗部表达量较高,部分TaEPF/EPFL基因响应干旱、高温等非生物胁迫。进一步分析 TaEPF1-2B不同单倍型与气孔性状的相关性,发现TaEPF1-2B不同单倍型的气孔密度、气孔长度、气孔宽度和气孔面积均存在极显著差异,净光合速率存在显著差异,其中单倍型Hap A具有较低的气孔密度和较高的光合速率,是优势单倍型。本研究结果为进一步改良小麦的抗旱性和光合效率提供了候选基因。