甘蓝型油菜BnNAC转录因子鉴定与非生物胁迫响应分析

为了明确油菜NAC家族转录因子在非生物胁迫响应中的功能,通过油菜全基因组鉴定获得了379个Bn⁃ NAC转录因子家族成员,系统进化分析将其分为17个亚族。启动子作用元件分析显示BnNAC家族成员广泛参与 光响应、干旱胁迫响应、低温胁迫响应、生物钟调控等进程,同时参与ABA、茉莉酸甲酯、赤霉素、生长素、水杨酸等 激素信号途径。不同胁迫条件下基因表达分析发现,BnNAC家族基因受温度、盐、渗透等胁迫及ABA诱导调控。过 表达BnNAC253 基因使拟南芥对盐胁迫、渗透胁迫和ABA处理更为敏感。     

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。     

玉米DUF1685基因家族的鉴定和进化分析

本研究共鉴定出16个单、双子叶植物和卷柏的211个DUF1685基因家族成员。蛋白理化性质分析表明,211个DUF1685s基因的氨基酸序列长度为83~1071 aa,分子量为9.2~116.3 kDa,理论等电点为3.66~11.90。系统发育进化分析表明,DUF1685基因家族被划分了3个亚家族（Class I、Class II和Class III）,Class I和Class II亚家族产生A1和A2、B1和B2的事件发生在单、双子叶植物分化后,同时A1和B2分支（成员均为双子叶植物基因）出现了基因扩张现象。保守基序和基因结构分析结果表明,同一亚家族成员之间保守基序相似,211个DUF1685基因家族成员中大部分含有1个内含子,少部分基因含有2个及以上内含子或者不含内含子。选择压分析表明,DUF1685基因家族在进化过程中相关位点受到正向选择,这可能是导致部分基因发生功能变化的原因。共线性分析表明,片段复制事件可能是玉米DUF1685基因扩增和进化的潜在驱动力。基因启动子区域顺式元件分析结果表明,玉米DUF1685基因启动子区域含有光响应元件、ABA和非生物胁迫相关的顺式作用元件,推测这些基因可能参与玉米对非生物胁迫的响应。转录组数据分析表明,玉米DUF1685基因与特定组织（成熟花粉）的生长发育相关。本研究从多方面探究了玉米DUF1685基因家族的功能和进化情况,以期为今后深入研究玉米DUF1685基因生物学功能和进化关系提供理论参考。     

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。     

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...     

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。     

油棕EgGRF转录因子家族的全基因组鉴定与表达分析

生长调控因子(Growthregulatingfactor,GRF)是植物中重要的转录因子,参与植物生长、发育和逆境胁迫响应等多种生物学过程。本研究从油棕(Elaeisguineensis)基因组中鉴定出15个EgGRF基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、基因结构、保守功能域、进化关系、启动子顺式作用元件、组织表达模式和果肉不同时期表达模式进行分析。结果表明:EgGRF基因家族成员编码的肽链平均为409个氨基酸,分子量为27.62～65.51 kDa,等电点为6.24～9.38,蛋白不稳定指数为47.24～68.37,脂溶指数为47.52～67.69,总平均亲水性为–0.945～–0.400。EgGRF基因家族成员含有3～5个外显子,均含有特征结构域QLQ(Gln、Leu、Gln)和WRC(Trp、Arg、Cys),基于系统进化关系将EgGRF家族分为5个亚族,油棕EgGRF的亲缘性与拟南芥较近。启动子上鉴定出大量植物激素响应、逆境胁迫响应、光响应和分生组织特异表达顺式作用元件。不同组织的转录组数据分析结果表明,EgGRF基因家族在茎尖和花中表达量较高,8个EgGRF在果肉的不同时期特异表达。本研究为进一步探索EgGRF调控油棕生长发育过程的机制奠定基础。     

花生DREB类转录因子基因AhDREB3的序列及非生物胁迫下表达分析

DREB类蛋白属于AP2/ERF转录因子家族的一个亚家族,在植物非生物胁迫抗性调控中具有重要功能。为了挖掘花生逆境胁迫相关功能基因AhDREB3,从已公布的花生基因中找到干旱应答元件结合蛋白3（AhDREB3）的编码基因全序列,做编码蛋白的进化分析。根据已知序列设计引物,通过荧光定量PCR检测了该基因在低温、高盐和干旱胁迫下及对外源ABA响应和表达。荧光定量PCR结果显示,AhDREB3基因在花生的叶片和根中对低温没有响应,对高盐（叶片和根）和干旱（根）胁迫有较大响应,说明它可能参与了花生对高盐和干旱胁迫的适应性调控。此外,AhDREB3基因的表达在花生叶片和根中对外源ABA响应变化小,暗示了该基因在花生中可能通过不依赖于ABA的方式起作用。     

小麦LBD基因家族的全基因组鉴定、表达特性及调控网络分析

为深入发掘小麦LBD基因的功能,利用小麦最新基因组数据,通过生物信息学手段,对小麦LBD基因家族进行了鉴定,并对其表达特性及调控网络进行了分析。鉴定结果表明,本研究得到了75个小麦LBD基因,根据系统进化分析结果,可将它们划分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族。染色体定位结果表明,除了5D和7D外,其余染色体均含有LBD基因。共表达调控网络分析表明,15个LBD基因参与了小麦功能基因调控。利用RNA-seq数据对所有小麦LBD基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达情况进行分析表明,小麦LBD基因在不同组织间和胁迫下存在着差异表达,多个组织特异和胁迫响应相关LBD基因被鉴定到,可作为后续功能研究的候选基因。     

小麦GRAS基因家族的全基因组鉴定与分析

GRAS基因是一类转录因子基因,在植物的生长和发育中起关键作用。本研究利用最新的小麦基因组数据,对小麦GRAS基因进行了全基因组鉴定和分析。结果从小麦中鉴定出153个GRAS基因,这些基因不均匀分布在小麦21条染色体上。系统发育分析将这些基因分为12个亚家族,片段复制和串联重复是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白质序列分析发现不同亚家族间氨基酸数目、分子量存在一定差异;二级结构预测表明,小麦GRAS基因的氨基酸序列均以α-螺旋、随机卷曲为主要组成部分。通过对小麦GRAS基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达分析发现,GRAS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,表明GRAS基因具有组织或器官表达特异性,且可能在对逆境胁迫的响应中起重要作用。这些结果为进一步研究小麦GRAS基因的功能奠定了基础。     

野生二粒小麦NBS-LRR类抗病基因家族的鉴定及其表达分析

野生二粒小麦(Triticum dicoccoides L,2n=4x=28,AABB)是普通小麦遗传改良的重要种质和基因库。抗病基因(resistance gene,R基因)是植物体内广泛存在的抗性基因,通常具有NBS(nucleotide-binding site)和LRR(leucine-rich-repeat)结构域,属于NBS-LRR家族,在植物抗病和免疫过程中具有重要作用。为挖掘和利用野生二粒小麦基因组中的R基因,基于最新发布的野生二粒小麦参考基因组数据,利用生物信息分析手段,在全基因组水平上对其NBS-LRR类R基因家族进行鉴定。结果共鉴定到429个可信度较高的NBS-LRR类R基因,其中N亚家族66个,CNL亚家族205个,NL亚家族76个,CN亚家族79个,PN亚家族3个;进一步对NL亚家族R基因进行分析,发现76个NL亚家族基因在所有染色体上均有分布,并且以成簇方式存在,包含20个保守域,且在N端高度保守;表达模式分析发现,它们在花、叶片和根中的表达量较高;最后,随机选择4个NL类R基因,发现在白粉菌诱导后均上调表达。本研究为进一步挖掘和利用野生二粒小麦NBS-LRR类抗病基因奠定了基础。     

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。     

野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑位点的预测、鉴定与分析

RNA编辑是高等植物叶绿体基因转录后表达调控的一种重要方式。为了解野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑的组成及其与其他麦类作物的异同,通过生物信息学预测结合RT-PCR的方法,对野生二粒小麦叶绿体基因的RNA编辑位点进行了预测和鉴定。生物信息学预测共发现了分布于15个基因上的35个编辑位点,均为C到U的转换,其中ndhB基因包含的编辑位点数量最多,达9个;在此基础上,随机选取5个基因对其编辑位点进行了测序验证,结果共鉴定了18个C→U的编辑位点;进一步对编辑后编码蛋白的二级结构和跨膜结构域进行了预测,发现编辑后所有基因均发生了二级结构的改变,但只有ndhB基因的跨膜结构域发生了改变;最后,将确定的野生二粒小麦叶绿体基因RNA编辑位点与7个禾本科物种的RNA编辑位点进行比较,共发现17个编辑位点在这些种间具有保守性,相比于其他物种,野生二粒小麦与普通小麦和粗山羊草具有更相似的编辑位点组成。     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。     

小麦BES1转录因子基因 TaBEH3的克隆及表达分析

BES1(油菜素内酯不敏感1-甲磺酸乙酯-抑制剂1)是一类植物特有的转录因子家族, TaBEH3基因是小麦 BES1基因家族成员之一,为进一步了解该基因的功能,以中国春为材料,克隆了 TaBEH3基因,将其3个同源基因分别命名为 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D。序列分析显示,3个同源基因均包含2个外显子,分别编码356、354和358个氨基酸,启动子区含有大量与植物生长发育、激素响应相关的顺式作用元件,其中,分生组织表达元件（CAT-box）和脱落酸响应元件（ABRE）在3个基因中普遍存在。系统进化树分析显示, TaBEH3基因在麦类作物中具有更近的亲缘关系。基于qRT-PCR进行的时空表达分析显示, TaBEH3基因在不同组织和不同器官间均有组成性表达,表明 TaBEH3基因在植物生长发育（特别是花器官的发育和形成）过程中具有重要的作用。 TaBEH3-A、 TaBEH3-B和 TaBEH3-D基因响应ABA激素胁迫处理,且3个基因的表达量变化趋势一致。     

白粉菌诱导下小麦TaNHO1基因的克隆、表达分析及亚细胞定位

非寄主抗性基因 NHO1(non-host resistance 1)编码的甘油激酶(glycerol kinase,GK),是甘油代谢中的限速酶之一,参与植物对多种病害的抵御过程。为进一步探究其响应小麦白粉菌侵染的表达模式,利用RT-PCR方法克隆获得了转录自抗病种质N9134的三个部分同源染色体的小麦 NHO1基因(分别命名为 TaNHO1-2A、 TaNHO1-2B和 TaNHO1-2D),分析三个 TaNHO1同源基因的序列、启动子组成元件和表达模式,并明确了其亚细胞定位。序列分析结果表明,小麦 TaNHO1-2A/2B/2D基因CDS区序列全长分别为1 605、1 599和1 605 bp,分别编码534、532和534个氨基酸残基;3个同源基因均含有与 AtNHO1(AT1G80460.1)基因以及 OsNHO1(Os04G0647800)基因高度相似的FGGY_N端和FGGY_C端结构域。经对启动子区结构分析,该基因启动子区含有大量与植物激素及逆境响应相关的顺式作用元件,意味着 TaNHO1可受到多种植物激素诱导并参与小麦抗病过程。qRT-PCR结果表明,在N9134抗病近等基因系响应白粉菌(Blumeria graminis f. sp.tritici,Bgt)侵染过程中,三个同源基因在不同时间点表达模式不同,其中 TaNHO1-2A、 TaNHO1-2B基因在侵染早期均上调表达,而 TaNHO1-2D则表现出多次波动的表达模式;在N9134感病近等基因系遗传背景下,同源基因的表达水平在病菌侵染后48 h均表现出下调,说明该基因能够响应白粉菌侵染。经亚细胞定位分析,该基因主要作用于细胞质、细胞膜以及核膜。     

小麦种子萌发基因TaJAZ1的克隆和功能研究

小麦品种铭贤169是我国黄淮麦区育种研究广泛应用的条锈病诱发材料,但其种子休眠时间过长,不仅影响播种后均匀发芽和生长发育,其收获掉落籽粒也容易导致秋季育种田的生物学混杂。本研究通过筛选其休眠种子与萌发种子的转录组学数据,克隆获得差异表达基因TaJAZ1,并对其生物信息学特性、亚细胞定位、表达模式进行分析,结合解析拟南芥jaz3（与TaJAZ1同源性最高）突变体、TaJAZ1过表达拟南芥和水稻的表型反应。结果表明,TaJAZ1基因编码区全长1 230 bp,可编码409个氨基酸,在不同物种间保守性较强,与野生二粒小麦JAZ1基因的亲缘关系最近;启动子区含有脱落酸响应元件ABRE 和茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif和TGACG-motif;该基因定位于细胞核和细胞膜,TaJAZ1基因在种子发育中穗发芽时期表达量达到最高,进入成熟时期表达量显著降低;ABA能诱导TaJAZ1基因的表达,ABA处理下过表达拟南芥的萌发率比野生型和jaz3突变体高,ABA信号通路基因AtABI5的诱导量变低;TaJAZ1过表达水稻的萌发率高于受体水稻, ABA处理后,OsABI5的诱导量也降低。以上结果证明,TaJAZ1基因能促进种子萌发,进一步验证其在ABA信号通路中起负调控作用,为改良铭贤169等强休眠性小麦品种提供参考。     

小麦DNA去甲基化酶基因全基因组鉴定及其在籽粒发育中的表达分析

DNA去甲基化酶（dMTase）是一种高度保守的表观遗传修饰因子,涉及许多生物学过程,包括生长发育、应激反应和次生代谢。本研究基于小麦基因组数据,对小麦 DNA去甲基化酶基因（TadMTase）进行了全面鉴定和生物信息学分析。结果表明,小麦基因组中包含18 个TadMTase基因,分布于小麦15条染色体上。系统进化分析将TadMTase分为 ROS、DML3、DML4 和 DML5等 4个亚家族,亚家族之间的TadMTase基因序列长度和内含子数量存在差异,但同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构、保守 motifs 和结构域,为植物dMTase基因家族的直系同源基因,在进化方面具有保守性。亚细胞定位预测TadMTase均定位于细胞核中;通过与小麦祖先物种的进化及共线性分析,发现在小麦异源六倍体形成过程中存在部分TadMTase基因丢失;TadMTase基因家族启动子区域包含大量光信号、植物激素、胁迫响应和生长发育等相关顺式作用元件;转录组数据分析表明TadMTase基因在不同组织器官和籽粒发育不同时期表达模式不同,有一定的组织特异性。进一步RNA-Seq和荧光定量PCR分析表明TaROS1b-1A.1和TaROS1a-5A/D分别在籽粒的种皮和胚乳发育时期显著上调表达,且在强筋和弱筋小麦品种中表达存在差异。结果为TadMTase 基因在调控小麦籽粒生长发育及其品质形成中的调控机制提供参考。     

小麦 TaGF14m基因的克隆及其盐胁迫响应分析

14-3-3蛋白家族在真核生物中广泛存在且高度保守,可结合多种靶蛋白参与植物代谢、发育以及胁迫响应等多种生理过程和信号途径。 TaGF14m基因是14-3-3基因家族成员之一。本研究以中国春为材料,对其进行了克隆和分析,并通过在拟南芥中过表达,分析该基因在盐胁迫下的功能。结果表明, TaGF14m基因含有5个外显子和4个内含子,开放阅读框为789 bp,编码262个氨基酸;小麦幼苗叶片中 TaGF14m基因在盐胁迫下上调表达;与野生型拟南芥相比,过表达 TaGF14m的转基因拟南芥在盐胁迫下生长受到明显抑制,根长也显著变短;SOS途径相关基因表达分析显示, TaGF14m基因可能通过SOS途径负调控盐胁迫耐受性。