小麦SBP基因家族生物信息学分析

SBP基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,含79个氨基酸残基保守结构域,主要参与植物生长发育、生理生化过程。为进一步探讨小麦SBP基因家族的基因功能,通过比对小麦最新基因组数据,结合公布的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、蛋白保守结构域、系统进化树及表达谱进行分析。结果获得了50个SBP基因,命名为TaSBPs,根据染色体编号排列为TaSBP1～TaSBP50。结果表明,50个小麦TaSBP基因分布于除4B、4D染色体外的其余19条染色体上,编码192～1 104个氨基酸,基因外显子数量2～11个变化不等;串联重复和片段复制是小麦SBP家族基因扩张的主要模式; 7种作物SBP基因的系统进化树可分为4个类别,同一类之间的结构较为相似;小麦50个TaSBP基因家族含有10个motif,推测小麦TaSBP基因家族应都含有motif1、motif2、motif4。50个TaSBP基因都在13个组织器官中检测到转录本,不同组织器官中TaSBP基因的表达存在明显的差异。     

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...     

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。     

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。     

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。     

叶用莴苣NAC基因家族的鉴定与热胁迫表达分析

NAC基因家族是植物特有的一类转录因子家族,在植物响应高温等非生物逆境胁迫中发挥重要作用。本研究通过对叶用莴苣基因组数据库进行查询鉴定,共有99个LsNAC基因,编码NAC蛋白161个。LsNAC基因在1号到9号染色体上均有分布,2个LsNAC基因未能定位在染色体上,其中6号染色体上编码的基因最多,8号染色体上编码的基因最少。叶用莴苣NAC蛋白有着相似的motif组成,分析表明,NAC总共有9个保守的motif,前8个motif分布在保守的N端,只有第9个motif位于序列不保守的C端,而且第9个motif仅存在于9个Ls NAC蛋白中。LsNAC基因的重复性鉴定分析表明,7对为片段重复基因,6对为串联重复基因。系统进化分析表明Ls NACs可以分为6个亚家族,通过对叶用莴苣热胁迫下的转录组数据进行分析,鉴定出13个对热胁迫响应的LsNAC基因,这些LsNAC基因在除第六亚家族之外,在其他五个家族中均有分布,其中第三个亚家族含有的热响应基因最多(4个LsNAC基因),RT-qPCR实时荧光定量分析进一步验证表明10个NAC基因在耐热材料中上调表达,3个下调表达。本研究为今后LsNAC基因在叶用莴苣中的耐热机理研究和相关抗逆育种提供了重要的理论基础。     

桃TCP转录因子家族的鉴定与分析

TCP基因家族是含有bHLH基序的植物特有转录因子,广泛参与植物的多种生物过程。为了解桃(Prunus persica)中TCP家族的成员和特征,本研究基于其全基因组组装及注释数据,首次在桃基因组中对TCP基因进行了系统鉴定,并进行了染色体定位、蛋白特征、基因结构、进化关系、启动子区域顺式元件分析。结果显示:桃基因组中共有20个TCP家族成员,在7条染色体上均有分布,其推导蛋白的长度、分子量和等电点差异较大。大部分TCP基因不含有内含子,基因结构较为简单。桃TCP基因家族含有植物TCP家族的所有类别,每一类别均含有保守的且能明显区别于其他类别的特征。TCP基因家族的启动子区域含大量光应答、激素响应等顺式作用元件,与该基因家族功能的多样性一致。本研究初步探索了桃基因组中TCP基因家族的特征,为后期该基因家族在桃中的功能验证提供了理论支撑。     

甘薯基因组R2R3-MYB转录因子鉴定与分析

MYB是植物中数量众多且功能重要的转录因子家族.本研究通过生物信息学方法从未经注释的甘薯全基因组序列中筛选鉴定出MYB家族基因,分析了R2R3-MYB类基因的结构与功能.结果 发现,甘薯基因组中含有R2R3-MYB转录因子基因88个,均含有完整的R2、R3保守结构域,且R2、R3保守结构域中分别含有8个和9个高度保守的碱性氨基酸.MEME分析结果表明,甘薯R2R3-MYB蛋白序列中含有10个保守基序,其中80％以上的R2R3-MYB序列中含有motif 1、motif2、motif3、motif4、motif5以及motif7;利用circos软件定位R2R3-MYB序列在染色体上的分布情况,发现甘薯88个R2R3-MYB基因不均匀分布在15条染色体上,其中5号染色体上数量最多,达15个,4号和13号数量最少,仅2个,经序列比对分析,发现它们在染色体内和染色体间均存在复制关系,其中存在于染色体间潜在复制关系的基因有6对,染色体内有20对,且这20个基因对中有19对在染色体上成簇状分布.经序列功能预测与归类,有44个R2R3-MYB转录因子基因可归入拟南芥R2R3-MYB基因分类的13个亚组中,分别参与响应生物与非生物胁迫、花青素合成、花药发育等途径.进一步分析发现,甘薯中有36个R2R3-MYB转录因子基因可能在响应生物和非生物胁迫上发挥重要功能,其中9个基因在尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.batatas,Fob)胁迫下表达量出现明显上调/下调变化,27个在低温胁迫下表达量出现明显上调/下调变化.甘薯R2R3-MYB转录因子结构域高度保守,R2和R3结构域中均含有较高的保守基序;进化树及转录组测序分析显示部分基因可能参与植物生长发育、代谢调控以及生物与非生物胁迫等途径,可为甘薯抗性育种提供参考.     

月季R2R3-MYB转录因子全基因组鉴定与分析

月季是世界著名的观赏植物,具有极高的观赏价值和经济价值.本研究基于月季基因组利用生物信息学对月季R2R3-MYB基因家族进行全面鉴定,并对这些基因的结构、保守域和组织特异表达进行研究,解析月季R2R3-MYB转录因子在月季发育过程中的生物学功能.根据己报道的拟南芥R2R3-MYB基因,利用本地BLAST以及Hmmer工具鉴定月季基因组(Rosa chinensis' Old blush')中的R2R3-MYB基因,共鉴定出120个月季R2R3-MYB家族基因.系统进化树分析表明,月季R2R3-MYB家族基因可被分为34个亚组;其家族成员氨基酸序列N端均含有2个不等重复结构域R2和R3;基因结构分析显示,月季R2R3-MYB家族基因含有1～11个外显子;染色体定位发现120个基因分别定位在月季的7条染色体上,并发生8次串联重复事件;通过对基因组相关性分析共发现16对重复基因的R2R3-MYB基因簇.基因表达模式分析表明,120个基因在月季发育中均有表达,根据表达聚类分析可分为6个亚组,每个亚组之间存在表达差异.     

甘薯全基因组SBP-box基因家族鉴定及表达分析

SBP (SQUAMOSA promoter binding proteins)家族是植物特有的一类转录因子家族,广泛存在于绿色植物中,调控植物生长发育、信号转导及响应非生物胁迫等多种生理过程。已有多种植物SBP-box基因相继被报道。为探究SBP-box基因在甘薯中的分布情况及对甘薯生长发育的影响,本研究从甘薯全基因组鉴定出30个SBP-box基因,依次命名为IbSPL1～IbSPL30,并分析了其基因结构、蛋白质结构和理化性质、系统进化关系、串联重复、启动子顺式作用元件分布和组织特异表达情况等。结果表明大部分甘薯SBP-box蛋白理化性质、结构有一定分化,甘薯SBP-box蛋白与拟南芥同源进化关系较近,不同亚家族间具有不同数量和类型的motif分布;甘薯SBP-box基因在染色体上分布较为均匀,除3条染色体外,其余12条染色体均有1～4个SBP-box基因分布,共线性分析发现甘薯SBP-box基因可能来源于多次片段重复事件;通过启动子区域顺式作用元件分析和不同组织、不同处理下的差异表达分析,发现16个基因与甘薯地上部分的生长发育相关,7个基因与干旱胁迫响应相关。本研究从各个角度分析...     

小麦VQ家族全基因组鉴定与表达分析

近年来,VQ蛋白因发现与WRKY转录因子相互作用而引起广泛关注。目前,关于VQ基因家族在小麦中的研究鲜有报道。为了解小麦VQ基因的存在数量和结构等特征,本研究采用生物信息学技术在小麦基因组中鉴定了25个小麦VQ基因,并对其编码蛋白的结构、性质、亚细胞定位和进化关系进行了分析。结果表明,大多数小麦VQ蛋白序列较短,为中性或偏碱性蛋白,由单外显子基因编码;小麦VQ蛋白主要分布于细胞核中。25个VQ基因不均匀地分布在21条小麦染色体上,片段复制是小麦VQ基因家族的主要扩张方式。通过基因表达模式分析,发现部分小麦VQ基因响应干旱和高温的胁迫,并呈组织表达特异性。研究结果为进一步分析该家族成员,并深入探讨其在小麦中的生物学功能和进化模式奠定了基础。     

菜豆TIFY基因的全基因组鉴定与系统进化分析

TIFY蛋白是植物特异性转录因子,在植物生长、发育和基因调控中具有重要作用。尽管部分菜豆TIFY基因被鉴定与研究,但从基因组水平剖析TIFY基因家族的研究未见报道。结合基因组和转录组学数据,本研究系统剖析了菜豆TIFY基因家族的序列、选择、表达及进化特征。结果显示:18个PvTIFY基因散落分布在9条染色体上,共线性鉴定出6对片段重复基因和1对串联重复基因,同时这些基因被分为6大类群;序列分析表明,菜豆TIFY基因有12种基因结构模式,但有5种保守基序组成模式,这说明保守基序模式更保守;选择压力检测显示,同源基因对均受到负选择作用,显示较高的保守性;表达分析揭示了菜豆TIFY家族基因具有多样化的表达模式,其中同源基因对表达模式发生趋异现象。这些结果为深入研究菜豆TIFY蛋白的生理功能提供了参考。     

陆地棉NF-YB基因家族的全基因组分析

为了进一步了解NF-YB基因家族结构的功能,利用生物信息学手段,系统研究了陆地棉标准系TM-1基因组中NF-YB基因家族的数目、亚细胞定位、染色体分布、进化关系、基序以及组织表达情况。结果表明:TM-1基因组中共有41个NF-YB基因家族成员,它们含有相同的CBFD_NFYB_HMF结构域,大部分定位到细胞核内;41个NF-YB基因家族成员分布在19条染色体上,其中有19组成员在A亚组和D亚组中表现为直系同源基因;进化树分为Ⅰ和Ⅱ2个小组,每个小组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析则发现,在这41个NF-YB基因家族成员中,至少有24个成员可以进行表达,且表现出一定的组织特异性。     

水稻抗坏血酸氧化酶基因家族生物信息学分析

抗坏血酸氧化酶(ascorbic acid oxidase,AAO)是多铜氧化酶家族中的一员,在植物生长发育过程中起重要作用。为深入研究水稻AAO基因家族的功能特征及表达模式,采用生物信息学从Phytozome的水稻数据库鉴定出14个AAO成员,并对其染色体定位、蛋白理化性质及二级结构、基因结构、保守基序、系统发生树和表达模式等方面进行预测分析。结果显示,14个OsAAO不均匀地分布在8条染色体上,多为碱性蛋白;蛋白二级结构以无规则卷曲为主要组成部分;基因结构和保守基序分析表明,OsAAO内含子数目变化差异较大,但氨基酸序列具有较强的保守性;系统发生树可分为3个亚家族,OsAAOs与玉米、高粱簇在一起,亲缘关系较近;另外表达模式分析发现,OsAAO在不同的组织部位表达水平具有差异,这表明其行使功能不同。这些结果为今后研究该基因家族的生物学功能和培育耐旱品种提供理论依据。     

陆地棉ZF-HD蛋白的全基因组分析

ZF-HD(Zinc finger-homeodomain)蛋白属于同源异型盒蛋白家族,在动植物发育过程中起重要的作用。利用生物信息学的手段,研究陆地棉标准系TM-1基因组中ZF-HD蛋白的数目、亚细胞定位、染色体分布、基序、进化关系和组织表达情况。TM-1中共有35个Gh ZHD蛋白成员,且大部分成员定位到细胞核内;分布在20条染色体和2条Scaffold上,且具有11对直系同源基因;进化树分析表明,TM-1基因组中的ZF-HD蛋白大致分为6个小组,每个小组成员间具有类似的基序类型和排列顺序;大部分Gh ZHD基因在胚珠和纤维组织中表达,还有部分基因在根、茎、花、蕾和分生区中表达,在叶和愈伤组织中表达的基因最少。     

大白菜NPR家族基因鉴定及表达模式分析

为明确大白菜NPR转录辅助因子在大白菜基因组中的数量、结构和表达特点,揭示NPR在水杨酸信号途径调控大白菜生长发育过程中的作用。本研究利用拟南芥资源信息库TAIR10和芸薹属基因组网站Brassica Database鉴定大白菜基因组中的NPR家族成员,并对其蛋白和基因特性进行生物信息学分析。鉴定出大白菜基因组中包括11个NPR家族基因,分别定位在大白菜7条染色体上,具有1~5个外显子不等。BrNPR家族蛋白可聚类为6个分支,包含11个保守元件,并且所有BrNPR家族成员均含有DUF和Ank两个保守结构域,其中BrNPR1-4成员基因的编码区均含有核定位信号(NLS)。基因表达模式检测结果表明部分大白菜NPR基因在不同组织中具有组织特异的表达模式,BrNPR1B在根、茎和叶及BrNPR3B在花和种荚中表达显著,绝大部分BrNPR基因受盐胁迫诱导表达,部分BrNPR基因受根肿菌侵染诱导表达。本研究可为后续大白菜NPR基因的功能验证提供依据。     

全基因组鉴定和表达模式分析玉米AP2转录因子

AP2属于AP2/ERF转录因子家族中的一个亚族,其主要特征是具有2个独立的AP2/ERF结构域。本研究利用生物信息学的方法在玉米基因组中鉴定到22个玉米AP2转录因子,并对其理化性质、基因结构、保守基序、系统进化关系和表达模式进行了分析。结果表明,玉米AP2家族成员的理化性质差异较大,且都属于亲水性蛋白。系统进化分析表明玉米AP2家族基因被分为euANT、baselANT、euAP2三个亚组,相同亚组的基因具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现玉米AP2家族基因中不存在基因串联重复事件,只存在两对片段复制事件,同时结果表明禾本科AP2家族基因之间具有很好的共线性关系。表达模式分析发现ZmAP2基因广泛参与植物的生长发育。转录组数据分析发现,在盐胁迫下一共鉴定到16个ZmAP2基因。本研究为进一步研究玉米AP2转录因子家族的生物学功能提供了科学依据。     

Chromosome and chromosomal arm locations of genes for resistance to Septoria glume blotch in wheat cultivar Cotipora

Summary Septoria glume blotch, caused by Stagonospora nodorum, is an important disease of wheat (Triticum aestivum). Separate genetic mechanisms were found to control flag leaf and spike resistance. Genes for resistance to S. nodorum were located on different chromosomes in the few wheat cultivars studied. These studies only partially agree on the chromosome locations of gene in wheat for resistance to S. nodorum, and chromosomal arm locations of such genes are not known. The objectives of this study were to determine the chromosome and chromosomal arm locations of genes that significantly influence resistance to S. nodorum in wheat cultivar Cotipora. Monosomic analysis showed that flag leaf resistance was controlled by genes on chromosomes 3A, 4A, and 3B whereas the spike resistance was controlled by genes on chromosomes 3A, 4A, 7A, and 3B (P=0.01). Additionally, genes on chromosomes 6B and 5A influenced the susceptibility of the flag leaf and spike reactions, respectively (P=0.01). Telocentric analysis showed that genes on both arms of chromosome 3A, and the long arms of chromosomes 4A and 3B were involved in the flag leaf resistance whereas genes on both arms of chromosome 4A, the short arm of chromosome 3A, and the long arm of chromosome 3B conferred spike resistance.     

花生TCP转录因子的全基因组鉴定及组织表达特性分析

TCP基因家族是植物中一类重要的转录因子,参与植物整个生长发育阶段的调控,尤其在花器官和分生组织中发挥重要作用。目前,在花生中尚无TCP相关基因的报道。为研究花生各TCP转录因子的生物调控作用,以及为进一步分析花生TCP基因提供参考信息,利用生物信息学方法在全基因组水平对花生TCP家族基因进行鉴定,分析其染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和基因表达模式。结果分别从花生野生种和栽培种鉴定出19个和32个TCP基因,不均匀分布在9个野生种染色体和14个栽培种染色体上。系统进化分析表明,51个花生TCP基因可划分为亚家族Ⅰ（PCF）和亚家族Ⅱ两个亚类,其中亚家族Ⅱ包括2个分支,CIN和CYC/TB1。这些基因都含有高度保守的bHLH结构域,但其内含子结构存在较大差异,内含子数量及长度分布与基因的系统进化有较大关系,其中亚家族Ⅰ成员的内含子较少,亚家族Ⅱ内含子较多,且长度差异较大。表达谱分析显示,仅有7个基因在各组织中呈现显著差异性表达,其中有6个基因的差异表达与分生组织和花器官有关,推测其在花生茎尖和花的生长发育过程中起重要作用。