番茄YABBY基因家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是植物特有转录因子,与植物形态有关,在植物叶和花器官发育过程中起重要调控作用。试验在番茄基因组范围内鉴定出9个YABBY基因家族成员,分别位于第1、5、6、7、8、11和12号染色体。利用MEGA程序对番茄、拟南芥、大白菜和玉米YABBY基因家族作进化分析,进化树可分为四个亚组;利用GSDS程序分析基因结构保守性,显示Sl YABBY基因内含子保守5~6个;MEME程序作基序分析,显示Sl YABBY基序保守,经鉴定所有Sl YABBYs均具有C2C2锌指结构域及YABBY结构域。运用plant CARE软件分析顺势作用元件发现,在番茄YABBY基因上游1 000 bp序列中存在多个应答不同生物和非生物胁迫的顺式作用元件,且种类和数目不同,表明其作用于番茄生长发育和逆境胁迫过程。基因功能预测和蛋白-蛋白网络分析表明,番茄YABBY家族对根、茎、叶、花、蜜腺、心皮、胚珠等部位发育具有重要调控作用。番茄YABBY基因家族表达分析发现Sl YABBY1、Sl YABBY3和Sl YABBY4在根、茎、花、叶及果实中均无表达,Sl YABBY2和Sl YABBY9表达具有较强组织特异性,为番茄YABBY基因功能研究提供参考。     

辣椒CUL家族基因的鉴定与表达分析

CUL家族成员在植物体内发挥着重要作用,但关于辣椒CUL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析报道较少。本研究对辣椒CUL基因家族进行了全基因组鉴定和表达分析。结果表明,共有12个CaCUL家族基因被系统鉴定,编码序列(CDS)全长为777～2 952 bp,非均匀地分布在6条染色体上,系统进化树将CUL基因分为4个亚家族。保守结构域分析结果表明,所有CUL蛋白均含有Cullin结构域,除此之外,有8个成员含有Cullin-Nedd8结构域,CaCUL1.6蛋白含有NB-ARC结构域。亚细胞定位预测发现CaCUL均定位于细胞质、细胞核。CaCUL基因的启动子中有多种与激素和胁迫响应等相关的顺式作用元件。基因表达模式分析结果表明,在不同生长阶段的不同组织中CUL参与了辣椒植株的生长和发育;在非生物胁迫中,大部分CUL基因都具有应激反应。本研究为进一步解析CaCUL家族基因在辣椒生长发育和非生物胁迫应答中的作用机理奠定了基础。     

番茄BZR基因家族鉴定及非生物胁迫下表达模式分析

番茄是一种世界性蔬菜,BZR基因在植物生长发育中发挥重要作用,但目前有关番茄BZR基因响应非生物胁迫研究较少.为更好研究BZR基因在番茄中分布与功能,研究共鉴定9个SlBZR基因家族成员,并利用生物信息学技术分析其基本信息、保守基序、染色体定位、系统进化、顺式作用元件及非生物胁迫下表达模式.结果表明,9个SlBZR基因成员分布在番茄8条染色体上.qRT-PCR分析表明,SlBZR基因在植物逆境或激素响应方面具有重要作用.SlBZR3和SlBZR8在非生物胁迫中明显上调表达,说明其可能在番茄响应非生物胁迫中发挥重要作用.研究为进一步探索番茄BZR基因功能提供理论依据.     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

葡萄醛脱氢酶（ALDH2）基因进化、表达及启动子功能的生物信息学分析

【目的】研究葡萄醛脱氢酶ALDH2基因家族中ALDH2B4、ALDH2B8和ALDH2B9 3个成员的进化关系,对其在病原菌侵染、非生物胁迫及激素处理下的表达进行分析,为揭示ALDH2基因在植物逆境胁迫下的作用机理提供理论依据。【方法】运用生物信息学方法,鉴定葡萄ALDH蛋白序列;通过葡萄和拟南芥ALDH2基因的系统发育树、基因结构及同线性分析探讨其进化关系;利用葡萄Affymetrix芯片数据,分析葡萄ALDH2（ALDH2B4、ALDH2B8和ALDH2B9）基因在病原菌侵染、非生物胁迫和激素处理下的表达谱;采用在线软件PlantCARE分析3个葡萄ALDH2基因的启动子元件组成差异。【结果】在葡萄基因组中共鉴定出23个ALDH基因,并发现了ALDH2基因的可变剪接现象。基因结构分析结果表明,3个葡萄ALDH2基因的内含子/外显子组成高度相似,且均是通过大规模基因倍增产生的;仅有ALDH2B4具有剪接变体。葡萄与拟南芥的ALDH2基因位于同线区域,表明葡萄与拟南芥的ALDH2基因具有共同的祖先,ALDH2基因先于植物分化而存在。表达分析结果表明,VvALDH2B8是一个多病原菌和非生物胁迫响应基因,VvALDH2B4是一个渗透胁迫响应基因。葡萄的3个ALDH2基因的启动子区域均含有逆境胁迫响应元件,在VvALDH2B8上还发现了病原菌侵染响应元件Box-W1。【结论】葡萄的3个ALDH2基因虽然具有共同的祖先,但其在逆境条件下的表达差异很大,VvALDH2B8和VvALDH2B4可能在植物抵抗逆境胁迫中起重要作用。     

麻风树JcHDZ28基因克隆与功能分析

HD-Zip家族基因与植物的生长和对环境胁迫的抗性密切相关,被认为是作物改良的关键因子。在本研究中,我们通过RT-PCR技术从麻风树中克隆了1个HD-Zip家族基因,命名为JcHDZ28。JcHDZ28基因包含1个882 bp的开放阅读框,编码1个含有293个氨基酸的蛋白质。氨基酸序列分析结果表明,JcHDZ28含有高度保守的同源结构域和亮氨酸拉链(LZ)基序。表达模式分析结果表明,JcHDZ28基因在种子中的相对表达量最高,且盐胁迫下调该基因的表达。亚细胞定位分析结果表明,JcHDZ28基因编码1个核定位蛋白。过表达JcHDZ28基因增加了转基因拟南芥对盐胁迫的敏感性,且在盐胁迫条件下,转JcHDZ28基因拟南芥叶片脯氨酸含量显著低于野生型拟南芥,相对电导率显著高于野生型拟南芥,非生物胁迫相关基因在转JcHDZ28基因拟南芥中的表达也显著低于在野生型拟南芥中的表达。本研究结果可以为进一步阐明HD-Zip转录因子基因JcHDZ28在麻风树生长发育和响应非生物胁迫中的功能提供理论依据。     

高粱GRF基因家族鉴定及在非生物胁迫下的表达分析

生长调控因子（growth regulation factor,GRF）是植物中特有的一类转录因子,在植物激素调控、生长发育以及胁迫应答等多个领域扮演重要角色。对高粱GRF基因家族成员进行筛选鉴定,得到8个家族基因,分析了这些基因的理化性质、保守蛋白序列、基因功能及其共线性,分析了这些基因在非生物胁迫下转录组表达差异。结果表明,GRF基因家族结构较为保守,启动子元件含有干旱、低温、茉莉酸等响应元件,推测该家族基因参与生物及非生物胁迫应答响应。通过盐胁迫和烯效唑处理下的转录组数据分析,得到一个与耐盐相关的基因（SORBI_3002G297800）和一个与激素相关的基因（SORBI_3006G203400）,为进一步探究这些基因在高粱应对非生物胁迫中的作用提供了重要参考。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

黄瓜肌醇半乳糖苷合成酶基因GolS2克隆与表达调控

肌醇半乳糖苷合成酶(GolS)是合成棉子糖系列寡糖(RFOs)的关键酶，在植物抵抗非生物胁迫过程中发挥重要作用。为探究GolS2基因在黄瓜应答非生物胁迫中的作用，本研究采用RT-PCR法从黄瓜中克隆了GolS2基因，其开放阅读框长度为981 bp,编码326个氨基酸，植物GolS2蛋白氨基酸序列一致性很高。进化树中，黄瓜GolS2蛋白与拟南芥GolS2和GolS3蛋白聚在同一分支，亲缘关系最近。盐胁迫和低温胁迫处理显著诱导GolS2基因在黄瓜幼苗中的表达，但低温处理显著抑制GolS2基因在采后黄瓜果实中的表达。对其启动子顺式作用元件的分析结果显示，GolS2基因启动子中含有多个与逆境胁迫响应有关的顺式作用元件。在采后黄瓜果实中沉默HHO2和GRP3基因的表达，显著下调GolS2基因表达，表明这两个基因调控GolS2基因表达。本研究结果明确了GolS2基因在不同类型黄瓜组织中应答非生物胁迫的功能存在差异，这为进一步研究该基因的功能奠定了基础。     

甘薯、番茄、拟南芥中SPL转录因子的生物信息学分析

对甘薯、番茄、拟南芥中63个SPL基因家族进行了系统进化树分析、保守蛋白基序(Motif)分析,筛选归纳出同源性较高的2个分支的12个SPL基因进行理化性质分析、核定位预测等,氨基酸序列比对结果表明这些基因的功能可能较为保守.通过对番茄中的SPL基因Solyc05g015510.2、Solyc10g078700.1进行表达量分析,发现这2个基因可能参与调控果实成熟衰老进程.另外,通过对非生物胁迫下的转录水平进行分析得知,拟南芥中的AT5G43270可能参与对盐胁迫、热胁迫条件下的响应,AT1G27360、AT1G27370可能参与热胁迫条件下的响应,AT2G42200可能参与冷胁迫条件下的响应,而AT3 G57920在非生物胁迫条件下表达量没有特别明显的变化,表明AT3 G57920可能不参与非生物胁迫下的响应.     

葡萄GRAS基因家族生物信息学分析

为研究葡萄中GRAS基因家族的特征,本文首先利用生物信息学方法对葡萄91条GRAS蛋白序列的系统发生和GRAS基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的GRAS基因家族之间的联系。结果显示这91条蛋白序列与拟南芥35个GRAS基因蛋白序列一起分成了8个亚族,说明拟南芥与葡萄GRAS基因间具有较高的保守性。基因组定位结果发现91条GRAS基因分布在17条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而二级结构预测结果发现,91条氨基酸序列以α-螺旋和随机卷曲为主要组成部分,且91条氨基酸序列三维结构相似。     

白桦BpSPL8启动子的克隆及异源过表达BpSPL8对拟南芥耐旱性的影响

目的目前对植物SPL8的基因功能研究主要集中在开花和育性方面,而其在干旱胁迫响应中的作用却鲜有报道。本文克隆、分析了白桦BpSPL8启动子,并研究了BpSPL8基因在拟南芥中响应干旱胁迫的功能。方法通过PCR克隆技术得到了白桦BpSPL8启动子;利用PLACE和PlantCARE软件对BpSPL8启动子顺式作用元件进行了预测。构建了BpSPL8启动子驱动GUS（β-葡萄糖苷酸酶编码基因）的植物表达载体,并采用浸花法将其转化至拟南芥中;继而利用GUS染色分析了BpSPL8启动子的组织表达模式;同时对BpSPL8在PEG处理下的表达水平进行了qRT-PCR分析。最后,以过表达BpSPL8拟南芥为材料来探究BpSPL8在干旱胁迫下的生物学功能。结果启动子元件分析显示,BpSPL8启动子中含有组织特异表达、光响应、激素响应及多个胁迫响应元件。GUS染色结果表明,BpSPL8启动子可在拟南芥的下胚轴、叶片、叶柄、根和花序中启动GUS基因表达。BpSPL8基因在PEG处理下的野生型白桦的根和叶片中均呈现先上调后下调的表达趋势。干旱胁迫下,过表达BpSPL8拟南芥的存活率和脯氨酸含量均显著低于野生型,丙二醛含量显著高于野生型;两个已知的抗逆基因DR29B和P5CS1在干旱处理后的野生型和转基因拟南芥中均上调表达;但在转基因拟南芥中呈现出延迟上调的表达模式。结论异源过表达白桦BpSPL8能够降低拟南芥的耐旱性,并在干旱胁迫下影响抗性基因DR29B和P5CS1的表达模式。      

西瓜OSCA基因家族全基因组鉴定及胁迫响应分析

【目的】对西瓜OSCA基因家族进行成员鉴定、系统发育分析以及胁迫响应分析,为揭示西瓜OSCA基因生物学功能和抗逆分子机制提供参考依据。【方法】运用生物信息学的方法从西瓜全基因组数据库中鉴定出西瓜OSCA基因家族成员,根据染色体定位信息进行命名。对基因家族成员染色体位置、基因结构、共线性、启动子、蛋白结构和系统发育等进行全面分析。利用转录组数据和qRT-PCR分析西瓜OSCA基因在胁迫条件下的表达情况。【结果】西瓜OSCA基因家族有10个成员,不均等地分布在6条染色体上。西瓜OSCA蛋白分子量变化范围为24.59~91.97kD,氨基酸数量为214~809aa,多数定位于质膜上。共线性分析结果表明,西瓜OSCA基因在进化过程中发生了片段复制事件。西瓜OSCA基因家族分为三大类群,同一类群成员的外显子一内含子的组成模式、蛋白保守基序排列、蛋白二级结构数量比例和蛋白三级结构模型均相似。西瓜、水稻、番茄和拟南芥的OSCA基因被分为6个亚族,每个亚族均有西瓜OSCA基因分布。西瓜OSCA基因启动子区域含有厌氧诱导、冷胁迫应答、光反应和干旱胁迫应答等多种非生物胁迫响应元件。在干旱、低温和盐胁迫下,西瓜OSCA基因家族各成员表达量均有不同程度变化,其中ClaOSCA3和ClaOSCA5在3种不同胁迫条件下表达量均有显著差异（P<0.05）。【结论】西瓜OSCA基因在进化过程中具有一定保守性,与拟南芥、水稻和番茄OSCA基因存在较近亲缘关系。西瓜OSCA基因家族内部存在功能分化,ClaOSCA3和ClaOSCA5可能是胁迫响应机制中的重要抗逆基因。     

番茄CIPK基因家族鉴定及生物信息学分析

为挖掘番茄中CIPK基因家族成员序列信息,以拟南芥CIPK基因家族成员氨基酸序列为参照,用tBLASTn方法鉴定22个番茄CIPK基因家族成员,分析其理化性质。MEGA软件构建系统进化树、GSDS软件绘制番茄CIPK基因家族结构图。plantCARE对CIPKs上游1500bp顺式作用原件作功能预测。运用STRING软件探究番茄中CBL与CIPK基因家族互作情况,分析冷胁迫下番茄转录组数据确定番茄CIPKs表达情况。根据系统进化关系发现CIPK基因家族可分为八个亚组,每个亚组中均含番茄CIPK成员,存在多个平行同源基因对。SlCIPK基因分为内含子富集(11~14)和少内含子缺失(0~1)两类。经鉴定,在番茄CIPKs基因的上游1500bp序列中存在不同顺式作用元件,预测番茄CIPK基因家族在逆境胁迫中可能发挥作用,且番茄CBL-CIPK存在较多互作通路,可能在低温胁迫下发挥作用。研究结果为揭示CIPK家族成员生物学功能奠定基础。     

拟南芥膜定位蛋白At CP2调控抗冻性的功能分析

COR家族成员在调控植物响应低温胁迫过程中发挥重要作用。从拟南芥中克隆一个新的低温胁迫响应基因At CP2,其属于COR基因家族中的COR413亚家族,编码区612 bp,编码203个氨基酸,分子量22.75k Da,等电点9.44。亚细胞定位和基因表达模式分析结果表明:At CP2定位在叶绿体膜上,对ABA、PEG、Na Cl和低温四种非生物胁迫均有响应。基因功能分析结果显示:功能缺失性突变体cp2冷处理后存活率明显高于野生型拟南芥(WT),相对电导率和MAD均低于WT,证明At CP2基因负向调控植物抗冻性。蛋白质组及qRT-PCR分析结果证明At CP2通过负向调控4个ABA及低温胁迫相关基因(包括ABA2、KIN1、COR47和COR15B)的表达影响植物抗冻性。总之,At CP2基因的功能分析结果对了解COR413基因家族的功能提供了参考。     

mASR3基因超量表达载体的构建

ASR 是植物特异的亲水蛋白家族,近来发现它们在植物生长发育、成熟衰老以及非生物胁迫过程中起着 重要的作用。而mASR3 基因是从植物中发现的一种转录因子,为进一步研究该基因功能,将合成的mASR3 基因构 建入超表达载体pMD1 中,并通过农杆菌将此重组质粒转化入拟南芥,转入目的基因的拟南芥子叶为绿色,下胚轴 较长,并具有较长的主根,筛选得到的转基因植株,为该基因的进一步功能研究打下基础。     

玉米ZmEXO70s基因家族鉴定及苗期耐热性关联分析

【目的】鉴定玉米EXO70s（ZmEXO70s）基因家族成员,分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性,为揭示其在玉米耐热方面的功能和分子机制打下基础。【方法】以拟南芥EXO70s（AtEXO70s）基因家族成员序列为参考,利用MaizeGDB和NCBI数据库从玉米全基因组中鉴定出ZmEXO70s基因家族成员,对其进行基因结构及系统进化分析,根据其在系统发育进化树上的位置对其进行系统命名,并基于转录组测序（RNA-Seq）数据分析ZmEXO70s基因家族成员在不同组织及非生物胁迫下的表达模式。最后,鉴定玉米自交群体AM368中ZmEXO70s基因SNP位点,结合玉米AM368群体苗期耐热存活率进行基因家族关联分析。【结果】从玉米全基因组序列中共鉴定出36个ZmEXO70s基因,分布在10条染色体上,长度为228～3726 bp,编码75～1241个氨基酸残基,蛋白分子量为8.6～136.6 kD,理论等电点（pI）介于4.5～9.9,大部分蛋白pI小于7.0。拟南芥、水稻和玉米的EXO70s蛋白被分为9组（A组～I组）,其中ZmEXO70s蛋白在各组中均有分布。大多数ZmEXO70s基因不含内含子,只有少数基因含有内含子,且内含子数量不同。36个ZmEXO70s蛋白共含8种基序（Motif 1～Motif 8）,主要集中在C端,说明这些蛋白端序列较保守,且Motif 1～Motif 8组成Exo70保守结构域。ZmEXO70s基因在不同组织中的表达水平均存在明显差异,其中ZmEXO70B3基因在雄穗、花药、叶片和花丝中高表达,ZmEXO70C1a基因只在雄穗和花药中高表达,ZmEXO70D2b基因在胚乳和萌发种子中低表达,ZmEXO70G1c基因在花丝和萌发种子中低表达。有23个ZmEXO70s基因至少可响应一种非生物胁迫,说明这些ZmEXO70s基因参与非生物胁迫响应过程。ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因的遗传变异与玉米苗期耐热性具有显著相关性（P≤0.01）。【结论】ZmEXO70s基因家族成员在系统发育进化上较保守,其基因组复制事件可能发生在禾本科植物分化后,且大多数ZmEXO70s基因被保留,仅部分基因被丢失。ZmEXO70s基因可能在非生物胁迫响应过程中发挥重要作用,ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因可作为调控玉米苗期耐热性重要候选基因。