番茄GeBP转录因子家族的鉴定及其进化和表达分析

利用生物信息学方法,在番茄全基因组范围内筛选出10个Ge BP基因,并从基因的分子量、等电点、与拟南芥同源基因的系统发育关系、基因结构、染色体的位置分布、番茄不同组织和果实不同发育时期基因的表达谱等方面进行该基因家族特征分析。通过系统发育关系和序列相似性将拟南芥和番茄Ge BP基因家族26个基因分为4类,分别有10个、7个、5个和4个基因。通过分析番茄Ge BP家族成员染色体分布,发现这些基因分布于4条染色体上。番茄2号和7号染色体上分别分布有4个Ge BP,1号和5号染色体上各分布1个基因。该家族成员基因结构相对简单,仅有2个成员含有内含子。通过对Ge BP转录因子家族的基因表达分析发现,不同基因的在番茄不同组织和果实发育阶段的表达具有特异性。该研究为进一步研究Ge BP在番茄发育中的角色奠定了理论基础。     

梨YUCCA基因家族的鉴定与生物信息学分析

YUCCA基因编码黄素单加氧酶,是IAA生物合成主要限速酶基因之一,在植物生长发育中起着重要调控作用。本研究对白梨全基因组数据库进行筛选鉴定,获得梨YUCCA基因家族基因14个,这些基因非均等地分布在8条染色体上。生物信息学分析发现,梨YUCCA基因长度相差较大,含有2或3个内含子;基因具有10个保守基序,其中黄素嘌呤二核苷酸结合位点和还原型辅酶Ⅱ结合位点为基因家族所共有。基因家族亲缘关系分析显示,梨YUCCA基因家族可以分为2个类群,与苹果YUCCA基因亲缘关系较近。亚细胞定位和结构分析显示,梨YUCCA基因均定位在细胞质中,受多种激素所诱导,多数成员具有相似的三级结构。本研究的开展为梨YUCCA基因功能解析提供了参考。     

番茄SBP基因家族的全基因组鉴定、结构特征及表达分析

SBP基因家族是植物中一类特有的转录因子家族,广泛参与植物的生长发育以及各种生理生化反应的信号传导。为了揭示番茄SBP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄SBP转录因子家族,分析其结构特征,系统发育关系以及表达模式。结果表明,番茄全基因组共编码17个SBP转录因子成员,分布在8条染色体上;系统发育关系表明SBP基因家族的结构特征变异发生在番茄、拟南芥和水稻分化之前;且它们在番茄、拟南芥和水稻中按照物种特异性的方式进行了扩张。不同芯片分析发现,SlSBP03基因在番茄叶片、子叶和下胚轴中表达量较高,SlSBP13基因果肉中表达量较高,这两个基因在果皮和根中表达量都较低;在大多数非生物胁迫处理条件下,SlSBP11、SlSBP13和SlSBP16的表达量均较低;而SlSBP01基因在干旱和热处理条件下有较高的表达量。     

番茄WRKY转录因子in silico鉴定及表达分析

WRKY蛋白是植物中最大的转录因子家族之一,对植物的生长发育具有重要调控作用。本研究利用番茄全基因组测序结果鉴定了WRKY基因,分析了其系统发育关系,内含子-外显子结构,染色体上的分布及其表达方式。研究表明:番茄中存在81个WRKY转录因子,分为三类(Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ),第Ⅰ和Ⅱ类分别细分为2和5个亚类,这些基因不均匀分布在番茄的11条染色体上;基因结构分析表明番茄WRKY转录因子进化过程中可能发生内含子的缺失/获得事件;不同芯片表达分析表明WRKY基因不仅参与了番茄根、子叶和真叶等不同组织类型的生长发育,而且还参与了一些生物胁迫(盐)和非生物胁迫(真菌激活子)的反应。     

粗山羊草全基因组Aux/IAA基因家族的分离、染色体定位及序列分析

生长素是植物生长发育过程中的关键激素之一,Aux/IAA家族基因是重要的生长素原初响应基因。通过生物信息学方法从粗山羊草(Aegilops tauschii)全基因组中分离出28个Aux/IAA基因,其中20个粗山羊草Aux/IAA蛋白具有4个保守结构域;28个Aux/IAA基因分布于全部7对染色体上,5个基因分别具有位于同一位点的已知标记。粗山羊草IAA3、IAA11和IAA26的表达具有组织特异性,分别在雌蕊、种子和根中特异表达。系统发育显示,11对粗山羊草-乌拉尔图小麦Aux/IAA蛋白、5对粗山羊草-大麦Aux/IAA蛋白直系同源。共线性分析表明,粗山羊草Aux/IAA基因与短柄草、水稻中同源基因具有很好的共线性。本研究分离的相关基因不仅可用于小麦的遗传改良,也为深入研究小麦Aux/IAA基因提供了信息。     

玉米SBP转录因子全基因组鉴定与功能分析

SBP基因家族是一类植物基因组特有的转录因子,参与植物生长发育及多种生理生化过程。近来,大量研究已在多种植物中鉴定出SBP转录因子,但关于玉米(Zea mays L.) SBP转录因子家族的系统分析报道尚少。本研究通过对拟南芥、水稻等植物已知的转录因子与玉米基因组数据比对,并设置一系列严格的筛选标准从玉米基因组中挖掘SBP转录因子,系统发育分析显示单子叶植物玉米和水稻的SBP基因保守性更强、亲缘关系更近;共鉴定37个SBP基因,分布在9条染色体上;通过基因分析注释以及启动子功能预测,进一步发现SBP家族基因参与植物生长发育、形态建成、逆境胁迫响应、花器官发育以及植物光反应等过程。并且,玉米SBP转录因子可通过参与赤霉素、生长素、脱落酸、水杨酸等多条激素信号调控途径来调节植物的生长发育。     

两个烟草YUCCA6基因的克隆及分析

为了研究烟草生长素合成关键基因NtYUCCA6,本研究通过同源克隆从烟草品种云烟87中克隆了2个YUCCA6基因:NtYUCCA6-1和NtYUCCA6-2。分析了NtYUCCA6-1和NtYUCCA6-2基因编码的蛋白质基本理化性质、二级结构等。保守基元分析表明烟草NtYUCCA6-1和NtYUCCA6-2蛋白含有FAD结合位点和还原型辅酶Ⅱ结合位点,可能烟草的两个YUCCA6基因都具有生物学功能。进化分析表明烟草YUCCA6蛋白与番茄YUCCA6蛋白亲缘关系最近。另外,本研究对克隆基因在烟草根、茎、叶及腋芽中的表达模式进行了q PCR检测,结果显示:两个基因主要都在根中表达,但NtYUCCA6-2在所检测的组织中都有表达,而NtYUCCA6-1在茎中基本不表达。试验结果将有助于研究烟草YUCCA6基因在烟草生长发育中的具体功能。     

芜菁PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

芜菁(Brassica campestris L. ssp. rapifera Matag syn. B. rapa L.)是十字花科芸薹属园艺作物,其下胚轴和主根膨大形成肉质直根。PIN (Pin-formed)是一种植物特异性蛋白,作为生长素的输出载体,介导生长素的极性运输形成生长素不对称分布,从而在植物生长发育过程中起重要作用,然而目前在芜菁中还缺乏对PIN蛋白的系统研究。本研究基于芜菁及其他植物基因组,结合芜菁和普通白菜下胚轴不同发育时期转录组数据,通过生物信息学方法,对芜菁PIN基因家族进行了鉴定,并进行了蛋白结构及基因结构分析、系统发育分析、共线性分析和表达分析。结果表明,芜菁中共有13个BcPIN,数量多于拟南芥和甜菜,但略少于萝卜、胡萝卜和水稻;不同物种间同种类PIN基因数量存在差异;芜菁PIN家族与拟南芥、萝卜PIN家族基因进化关系较近,与水稻PIN家族基因关系较远,分布在4条染色体上,包括7个共线性基因对;BcPINs启动子含有多种顺式作用元件,受多种信号调控,但不同BcPINs的顺式元件种类存在差异;BcPINs的氨基酸个数在270～661之间,分子量在29.81...     

雷蒙德氏棉SWEET基因家族的全基因组鉴定和进化分析

为了探索SWEET基因家族在棉花中的分布和作用,基于二倍体D基因组雷蒙德氏棉基因组数据,利用生物信息学方法对SWEET基因家族完成了全基因组水平的鉴定,并进行了系统发育、基因结构、染色体定位和跨膜结构域分析。共获得31个雷蒙德氏棉SWEET基因,分散或成簇分布在11条染色体上,分为3个不同功能的亚家族;跨膜结构域预测显示大部分雷蒙德氏棉SWEET基因含7个跨膜结构域,少部分含6或7个跨膜结构域;基因结构分析显示除GrSWEET6、GrSWEET7、GrSWEET9、GrSWEET19含4个内含子外,其余27个SWEET基因均含有5个内含子。这些结果将为进一步深入研究SWEET基因在棉花生长发育中功能奠定坚实的数据基础。     

大豆SPL基因家族生物信息学分析

SQUAMOSA启动子结合蛋白样(SPL)转录因子广泛存在于植物中,主要参与植物生长、发育以及多种生理生化过程。为明确大豆SPL基因家族在染色体上的分布、保守结构域、亚族种类、进化关系等,采用生物信息学方法对大豆SPL家族基因进行分析。本研究从大豆基因组数据库中筛选得到43个SPL基因家族成员,系统发育树分析得到5个亚群。保守结构同源性分析发现,SPL基因家族都含有SBP-box的锌指结构和核定位信号。染色体定位发现除14号染色体没有SPL分布外,其他染色体均有不同数量的SPL基因分布。基因加倍、扩张分析表明,大豆SPL基因家族成员之间不存在串联重复,但是存在36对片段重复,表明部分大豆SPL基因可能是由基因重复产生;大豆与拟南芥SPL基因家族之间有29个基因之间存在共线性关系,表明大豆与拟南芥SPL基因家族之间具有较高同源性。本研究对SPL基因家族的进化分析,将有助于理解大豆SPL基因的结构、功能及进化关系,为深入研究大豆SPL基因的功能提供有利的理论依据。     

番茄GRAS转录因子家族的生物信息学分析

笔者旨在为进一步了解番茄GRAS基因家族的结构特征和进化信息,也为GRAS转录因子的后续相关研究提供一定的理论基础。利用HMMER 3.0软件,通过从Pfam蛋白数据库中下载的GRAS保守域（PF03514）,来鉴定番茄GRAS 基因。采用MEGA5.2、Web Logo 3、DNAMAN 5.0、Map Inspect和MEME等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术检测番茄GRAS基因在番茄根、茎、叶、花和果实中的表达情况。番茄基因组共挖掘出53条GRAS转录子基因,划分为I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII 8个亚族。系统进化树结果显示V和VI组中GRAS家族成员最多,且拟南芥的GRAS基因家族中基因功能类似的基因聚类的在一起,则可能同组内番茄GRAS基因家族成员也具有类似功能;染色体定位分析显示GRAS基因在12条染色体中呈不均匀分布;根据WebLogo 3.0对GRAS基因家族的结构域蛋白分析,结果显示GRAS基因家族的蛋白序列并不都是高度保守的;保守元件分析表明番茄GRAS基因家族成员是部分高度保守的。番茄GRAS基因家族大部分成员结构是高度保守,可能参与调控番茄生长和发育等过程。     

马铃薯StIgt基因家族的鉴定及其对干旱胁迫的响应分析

干旱胁迫是影响马铃薯产量和品质的主要非生物胁迫因素之一。马铃薯在抵御干旱胁迫的过程中,根系的生长发育和构型分布发挥着重要作用。Igt基因家族是普遍存在于植物中的一类功能基因,在调控植物根系构型和提高植株抗逆性等方面效果显著。本研究以马铃薯双单倍体‘DM-v4.03’高质量基因组为参考,在全基因组范围内分析鉴定了StIgt基因家族的成员,并采用多种生物信息学软件对其进行了系统进化树构建、染色体定位、保守蛋白结构域、基因结构和顺式元件预测。同时,利用本课题组前期对马铃薯四倍体品系在不同干旱条件下的转录组测序结果,分析了StIgts响应干旱胁迫的表达谱。结果表明,在马铃薯中共鉴定获得10个StIgt家族成员,其中StIgt1由本课题组前期克隆获得。除StIgt1位置信息不明外,其余基因不均匀地分布在1、2、5、7、10和11号染色体上。StIgt家族蛋白长度为110~283个氨基酸,分子量介于13.136~32.542 kD之间,预测等电点为3.82~9.86。系统进化树分析发现,该基因家族可分为3个亚族,亚族间的基因结构、蛋白保守域和顺式作用元件差别明显。干旱胁迫下的表达谱分析表明,StIgt6、StIgt7、StIgt9和StIgt10响应早期干旱胁迫,在干旱2 h时即迅速上调表达。这些结果为阐明StIgt基因家族的进化关系和进一步研究其成员的功能特性提供了理论基础。     

小麦和水稻auxin基因家族的生物信息学比较分析

根据测序获得的1条260 bp cDNA片段,通过预测发现其包含小麦植物生长素(AUXIN)基因的部分编码序列,通过电子延伸、设计引物,从小麦Mardler/7*百农3217的cDNA中扩增获得一条608 bp的cDNA片段,该基因序列数据库(GenBank)登录号为AY902381(基因)和(蛋白).编码202个氨基酸,预计蛋白的分子量为23.0 kDa,等电点为9.93.利用已经分离的小麦生长素(AUXIN)基因的保守序列为检索序列,对小麦和水稻中的AUXIN基因家族成员进行分析,利用这些基因编码蛋白序列构建系统发生树,查找在GenBank的EST数据库中查找这些基因的ESTs表达序列,分析了这些基因在细胞中的定位情况和蛋白结构的相似性,根据已知相似基因的功能,分析该基因有进一步深入研究的必要.     

马铃薯CrRLK1Ls基因家族的鉴定及响应晚疫病菌信号的表达分析

Catharanthus roseus receptor-like kinase1-like kinases (CrRLK1Ls)是植物所特有的一类蛋白类受体激酶,在维持细胞壁完整性、细胞间通讯、生物和非生物应激反应中发挥重要作用。本研究鉴定了马铃薯CrRLK1Ls (StCrRLK1Ls)基因家族的成员数量,并对其理化特性、染色体位置、进化特征、亚细胞定位和对晚疫病菌侵染时的表达模式进行全面分析。结果显示,共获得17个StCrRLK1Ls基因,其氨基酸序列大小为753～997 aa,分子量和等电点分别为83.34～108.69kD和5.30～7.56,主要位于质膜。进化分析将马铃薯、拟南芥、水稻、苹果和番茄的CrRLK1Ls家族成员分为7个亚组,马铃薯CrRLK1Ls家族成员分布于亚组Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ。StCrRLK1Ls不均匀的分布于8条染色体上,存在3个串联重复基因簇,包含6个基因。此外,StCrRLK1Ls启动子区域存在响应植物激素、防卫和逆境等多种顺式调控元件。‘大西洋’和‘陇薯7号’接种晚疫病菌(Phytophthora infestans,Pi)后,大量StCrRLK1...     

小麦GASA基因家族生物信息学分析

赤霉素调节的GASA（Gibberellic Acid-Stimulated in Arabidopsis）基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起重要作用。关于小麦GASA基因家族全基因组分析的研究尚未见报道。为进一步探讨小麦GASA基因的功能,通过对小麦最新基因组数据进行分析,获得了35个TaGASA基因,命名为TaGASAs,根据染色体编号排列为TaGASA1~TaGASA35。结合公布的小麦品种Chinese Spring的基因组数据,采用生物信息学方法对其基因结构、染色体分布、蛋白结构、系统进化及表达谱进行了分析。结果表明,35个小麦TaGASA基因分布于除3A、4A、3B、3D染色体外的其余17条染色体上,基因编码长度为78~264个氨基酸的蛋白质,基因外显子数量从2个到7个不等;串联重复片段分析结果表明,片段复制和串联重复是小麦TaGASA家族基因扩张的主要模式;小麦TaGASA蛋白进化树和7种作物GASA基因的系统进化树表明,GASA基因分为4个类别,同一类之间的结构较为相似;小麦35个TaGASA基因家族成员含有10个motif,推测小麦TaGASA基因家族应都含有motif1、motif2和motif3。在13个组织器官中都检测到了35个TaGASA基因的转录本,不同组织器官中TaGASA基因的表达存在明显差异。     

陆地棉Nudix基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】Nudix是一类能够催化各种核苷二磷酸衍生物水解的酶,具有维持遗传物质稳定,响应逆境胁迫等生物学功能。本研究旨在对陆地棉Nudix基因进行全基因组分析,为深入研究Nudix基因家族参与棉纤维生长发育调控机制提供参考。【方法】通过生物信息学方法对陆地棉基因组(ZJU_v2.1)的Nudix基因进行全基因组鉴定,并系统分析Nudix基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达情况。【结果】从陆地棉基因组中共鉴定到76个GhNudix基因,经聚类分析将其分为7个亚组(CladeⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ)。基因复制分析表明,片段重复是陆地棉GhNudix基因家族成员扩增的主要原因。转录组数据表明GhNudix基因的表达不但有组织特异性而且有时间特异性。其中在纤维发育的起始和伸长阶段高调表达的GhNudix基因主要分布在CladeⅠ和Ⅱ;且大部分CladeⅠ和Ⅱ亚组的GhNudix基因启动子含有响应生长素和赤霉素的顺式作用元件,由此推测CladeⅠ和Ⅱ亚组的GhNudix基因在陆地棉纤维的起始和伸长阶段发挥作用。【结论】陆地棉GhNudix基因家族的全基因组鉴定和分析,为后续研究其在棉纤维发育中的作用机制提供参考。     

甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛WRKY基因家族的生物信息学分析

WRKY基因家族是一类含有WRKY保守结构域的转录因子大家族,是植物中最大的转录调控因子家族之一。目前已有多种植物WRKY家族的分析鉴定报告,但关于甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)中WRKY家族的报告却很少。本研究利用生物信息学方法对甘薯近缘野生种三浅裂野牵牛Ipomoea trifida(Kunth)G.Don的基因组数据进行了详细的分析,结果显示:在三浅裂野牵牛基因组中共鉴定得到82个WRKY转录因子,其中81个不均匀分布在基因组的15条染色体上,第5号染色体上分布最多(10个基因),第8和15号染色体上分布最少(2个基因);蛋白分子大小在116~710个氨基酸之间,等电点为4.85~10.33不等;按照保守结构域分类可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组,Ⅱ组包含Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe五个亚组,其中Ⅰ组有15个ItWRKY基因、Ⅱa组4个、Ⅱb组11个、Ⅱc组23个、Ⅱd组7个Ⅱe组10个、Ⅲ组12个;82个ItWRKY基因中有8个基因的核心结构域WRKYGQK发生了单个氨基酸变化(WRKYGKK)。ItWRKY基因以组织特异性的方式表达且在不同胁迫下基因的表达量存在差异,表明ItWRKY基因参与了三浅裂野牵牛对胁迫的响应。本研究为甘薯WRKY基因的功能鉴定提供了参考作用,进一步为甘薯的分子育种提供了帮助。     

基于数字基因表达谱分析的茶树花不育基因挖掘

茶树每年都要开花结实,消耗大量的养分,导致茶树鲜叶产量减少和品质降低。了解茶树的不育机制有助于培育茶树不育品种。本研究以福鼎大白茶(父本)、佛香2号(母本)及其杂交后代(不育)茶树花为材料,利用数字基因表达谱技术对3个茶树花的c DNA文库进行差异基因表达谱分析。筛选出在父本花与子代不育花、母本花与子代不育花之间共有而在父本花与母本花之间没有的差异表达序列1219条,被认为是茶树不育性候选基因。GO功能显著性分析表明,这些基因功能中代谢过程、催化活性、水解酶活性表现为富集;KEGG代谢分析表明,差异表达基因涉及氨基酸、糖、次生代谢、植物信号传导途径以及能量代谢等过程。以植物激素信号转导通路分析发现,16个与生长素信号途径相关基因中,除5个ARF家族基因在子代不育花中上调表达外,其他的基因均下调,推测生长素信号转导是茶树花不育的重要因素。随机抽取5个基因进行实时荧光定量PCR验证,其结果与测序结果一致。本研究发现的不育候选基因可用于茶树花不育机制的深入研究和不育基因的筛选。     

Detection of Single‐feature Polymorphisms (SFPs) between two tomato varieties and their application in defining the introgressions of resistance loci

The objectives of the study were to (i) demonstrate that the hybridization data from microarrays can yield information on sequence variation between two inbred lines, an introgression line ‘Mogeor’ and its genetic background ‘Moneymaker’; (ii) characterize, by means of the identified SFPs, the introgressed genomic segments of ‘Mogeor’, carrying resistance genes; and (iii) deliver a set of genetically anchored SFPs potentially useful for breeding. In this work, the GeSNP software was used to identify SFPs in tomato using Affymetrix data from a previous experiment. Sequencing of 12 putative polymorphism‐containing amplicons yielded a SFP probe set validation rate of 90%. In total, 92 Gene Models putatively harbouring SFPs were identified, distributed as following: 61 Gene Models on chromosome 9, and one to eight on the remaining tomato chromosomes apart from chromosomes 7, 8 and 12. Newly discovered SFPs from microarray data can thus provide not only useful information for definition of introgressed genomic regions, but also identification of candidate genes and new markers for MAS.