大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

非生物胁迫条件下10个玉米ZmDOF基因表达模式分析

为了研究玉米转录因子Dof(DNA-binding with one zinc finger)锌指蛋白在玉米生长发育及非生物逆境胁迫响应途径中的作用与生物学功能。利用qRT-PCR技术系统研究了10个ZmDOF基因在玉米不同组织中以及应答不同非生物逆境胁迫下响应表达模式。进化树以及基因结构分析结果表明,这10个ZmDOF基因分布在3个不同的亚家族。qRT-PCR分析结果显示,这10个基因具有组织表达特异性。7个基因主要在雄花中表达,2个基因主要在授粉15 d后的小穗中表达,1个基因主要在根中表达,表明这10个基因可能参与这些组织的生长发育进程。在盐或干旱胁迫处理下,大部分基因的表达模式都发生了明显的改变,预示着这些基因参与玉米幼苗应答盐或干旱胁迫响应信号途径。在铵态氮缺乏胁迫下,ZmDOF3的表达上调了5倍以上。在硝态氮缺乏胁迫下,ZmDOF23和ZmDOF46的表达量下降了90%以上,表明这些基因可能参与调控玉米幼苗氮代谢平衡或者信号转导途径。     

玉米生长素响应因子家族基因的表达模式分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)是一类重要的转录因子,通过特异性地结合生长素响应元件调节下游靶基因的转录,参与诸多植物生长发育过程的调控。玉米中有许多ARF家族基因,但其表达模式有待深入研究。本研究分析了玉米ARF家族基因在不同组织器官中的表达,发现除ARF10、ARF16和ARF34组成型表达外,其余32个ARF基因的表达水平在生殖器官中要明显高于营养器官。对ARF基因启动子区的顺式作用元件分析显示,28个ARF基因的启动子区含有逆境胁迫相关顺式元件,实时定量PCR分析结果显示,多个ARF基因分别响应冷、热、盐和渗透胁迫。研究结果不仅暗示了ARF家族基因在玉米生殖生长和非生物逆境胁迫响应中的重要性,也为全面解析ARF基因在玉米中的生物学功能提供有用信息。     

香蕉TCP家族的全基因组鉴定及对低氮胁迫的响应

TCP(Teeosinte branchedⅠ,Cycloidea,Proliferating cell fatcors 1和2)是含有一个高度保守非典型的bHLH(basic-Helix-Loop-Helix)保守结构域的植物特有转录因子基因家族之一,参与调控植物生长发育和非生物胁迫响应等生理过程。为了探究香蕉(Musa acuminata)TCP基因家族对低氮胁迫的响应,本研究从全基因组的分布、蛋白质理化性质、保守结构域等生物信息学方面阐述了香蕉MaTCPs基因家族成员的基本特征,并且对香蕉叶片和根在低氮胁迫下的MaTCPs基因家族成员的表达模式进行了分析。结果表明,香蕉TCP转录因子家族共包含48个成员,可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两个亚家族,所有成员均定位于除Chr.09和chrUn_random以外的染色体上,且存在多个串联重复基因对。在低氮胁迫下,香蕉MaTCPs基因家族大部分基因表达量上调,且在不同的组织中表达模式不同。同一亚家族基因在根和叶中表现出一致的表达模式。这些结果表明Ma TCPs家族成员可能参与了香蕉对于低氮胁迫的响应。本研究将为香蕉低氮胁迫的机制研究和香蕉TCP转录因子家族的功能分析提供理论基础,为香蕉抗逆育种提供参考。     

大麦GRF家族的基因组鉴定及生物信息学分析

生长调控因子(grow regulating factor,GRF)是重要的植物转录因子之一,在调控植物生长发育过程中发挥重要作用。本研究通过生物信息学分析,从大麦基因组中鉴定出12个Hv GRF转录因子家族成员,且均具有完整的特征结构域QLQ和WRC。Hv GRF家族成员含有2~5个外显子,蛋白二级结构具有相似的特征,亚细胞定位均位于细胞核。系统进化分析表明,Hv GRF与水稻GRF家族的亲缘关系更为接近。HvGRFs基因启动子区域序列分析表明,植物生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应等相关的顺式作用元件大量存在于HvGRFs启动子序列中。转录组数据表明,Hv GRF基因家族不同成员在萌发的胚、幼苗的根茎、发育的花组织器官、灌浆期的籽粒中存在组织特异性表达模式,推测Hv GRF基因家族成员可能在大麦生长发育中发挥重要的作用。     

陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定及分析

【目的】单锌指DNA结合蛋白(DNA binding with one finger, Dof)是1类植物特有的转录因子,在植物生长发育与非生物胁迫响应中发挥非常重要的作用。本研究旨在对陆地棉Dof转录因子家族进行全基因组分析,为深入研究Dof基因参与植物生长发育的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学手段对陆地棉Dof基因家族进行全基因组鉴定,并系统分析Dof基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达谱。【结果】陆地棉中一共鉴定出118个Dof基因。经聚类分析将其分成9个亚家族,同一亚家族的陆地棉Dof基因有相似的内含子/外显子和基序分布模式。基因复制分析表明,全基因组复制可能导致陆地棉Dof基因的扩增。陆地棉Dof基因启动子区域存在不同植物激素和逆境胁迫响应元件。转录组分析表明,陆地棉Dof基因在不同的组织、发育时期和逆境胁迫下聚为3个表达模式不同的类群,暗示了其功能多样性。【结论】陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定和分析,有助于了解其进化和功能,为后续研究提供重要参考。     

玉米中低温应答ERF基因鉴定及表达分析

ERF转录因子在植物的多种发育过程和非生物胁迫反应中发挥重要作用。在玉米中,虽然ERF家族基因对盐胁迫和干旱胁迫的响应研究已经有报道,但尚没有研究从全基因组水平鉴定ERF家族基因对低温胁迫的响应。本研究采用高通量测序技术Illumina HiSeq,分别在5℃和22℃处理下构建玉米叶组织转录组,从中筛选出57条低温响应ZmERFs,包括53条上调表达的Zm ERFs,4条下调表达的Zm ERFs。不同的Zm ERFs在不同组织部位和发育阶段的表达模式有很大变化。蛋白保守结构域分析表明ZmERFs蛋白中共有20个保守基序,EAR基序出现在组B1成员中,LWSY基序出现在A1,A5和B2成员中。启动子分析显示,多种逆境相关元件ABRE、ARE、LTR和MBS在低温响应ZmERFs的启动子中高度富集。RT-qPCR结果进一步显示GRMZM2G544539和GRMZM2G040664基因可以同时受低温、盐和干旱胁迫诱导表达,GRMZM2G434203基因可以同时受低温和干旱胁迫诱导表达,表明ERF转录因子可以参与包括低温在内的多重非生物胁迫反应。此外,启动子中含有7个ABRE元件的GRMZM2...     

玉米转录因子ZmEREB211对非生物逆境胁迫的应答

AP2/ERF (APETALA2/ethylene-responsive factor)转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,在调控植物生长发育和响应逆境胁迫等方面起重要作用。探究玉米(Zea mays L.) AP2/ERF家族基因功能将为玉米新种质创制提供重要的基因资源。本研究克隆获得了ZmEREB211(GeneID:103647485)基因,利用生物信息学分析、实时荧光定量PCR等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及响应逆境胁迫表达模式等进行了分析;对转基因拟南芥株系进行了相应逆境胁迫处理和表型鉴定。结果显示:该基因只包含1个外显子,cDNA全长为792bp,编码263个氨基酸;ZmEREB211蛋白分子量为27.9kD,理论等电点为6.01,具有AP2家族所特有的保守结构域;ZmEREB211基因在玉米根系中的表达量最高,且在幼根中的表达量高于成熟根中的表达量;同时该基因在脱水、高盐、干旱和低温等处理条件下均有不同程度的诱导表达。在分别含有不同浓度梯度的NaCl、甘露醇(mannitol)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)的1/2MS培养基上,转ZmEREB21...     

水稻干扰素相关发育调节因子的生物信息学分析

干扰素相关发育调节因子(interferon-related developmental regulator factor, IFRD)在动物中有较深入研究,参与动物细胞发育和分化及多种疾病的发生,但是在植物中研究较少。为了挖掘植物IFRD基因的功能,本研究对禾本科模式作物水稻IFRD基因家族成员进行了系统的生物信息学分析。本研究鉴定得到5个水稻IFRD基因家族成员,分布在4条染色体上,根据进化树把它们分为2个亚家族,不同亚家族成员具有不同的基因组结构、蛋白质保守基序和表达模式。高温、盐胁迫处理后的转录组测序分析结果显示,该基因家族成员(OsIFRD3, OsIFRD4)对逆境的响应变化差异显著;蛋白质相互作用分析结果显示水稻IFRDs可能与mRNA可变剪接因子、甲硫氨酰t RNA合成酶、rRNA加工蛋白相互作用;启动子分析显示水稻IFRD启动子具有非生物胁迫和植物激素响应元件。综上表明水稻IFRD基因家族可能通过调控m RNA可变剪接和蛋白质的合成参与高温、盐胁迫逆境响应途径。本研究为深入解析水稻IFRD基因功能提供了重要信息。     

玉米D亚族bZIP转录因子基因的数据库挖掘、分析、克隆与表达

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是真核生物特有的转录因子家族,在高等植物基因表达与调控中起重要作用。本文通过对玉米基因组数据库中收录的全长cDNA序列全基因组范围的bZIP分析,发现其中25个序列编码D亚族bZIP转录因子。针对这些序列进行生物信息学分析、染色体分布和直系同源组的分类分析,发现部分序列可能是由同一基因座编码,但不同方式剪切形成的。对部分基因克隆和测序发现了更多的剪切形式。定量检测其中3个基因在ABA和干旱胁迫条件下的表达发现,其中1个受ABA诱导,2个受ABA抑制,但均不受干旱胁迫影响。表明玉米中D亚族基因可能参与ABA响应。     

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。     

高温胁迫下甜玉米雌穗发育基因差异表达谱分析

利用数字化基因表达谱技术, 对高温胁迫下优良甜玉米杂交种粤甜13雌穗发育相关基因的表达谱进行分析。结果表明, 在高温胁迫和适温下差异表达基因达949个, 其中有上调表达基因705个, 下调表达基因244个, 上调表达10倍以上的基因108个, 下调表达10倍以上的基因40个。对差异表达基因功能注释分析表明, 它们主要集中在细胞内组分和膜上, 主要具催化活性、结合活性、水解酶活性、氧化还原酶活性等, 参与代谢、细胞结构与功能、胁迫应答、物质运输和生物调节等生物学过程, 推测对雌穗发育过程中籽粒和果穗的形成具有重要作用。这些基因中有一半以上的基因功能未知, 下一步将对其开展克隆和功能方面的分析。     

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs (2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A~I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。     

玉米HSP90基因家族的全基因组鉴定与分析

热激蛋白90（HSP90）广泛参与生物体的生长发育,且积极响应多种非生物胁迫。为全面解析玉米HSP90基因家族信息,对HSP90基因家族进化树、基因结构、保守基序（motif）、GO富集和组织表达模式等进行分析,并进一步分析ZmHSP90-1基因响应干旱胁迫的表达模式及蛋白互作关系。结果显示,从玉米全基因组水平共鉴定到11个ZmHSP90家族基因,被划分为5个亚族（I~V）;相邻进化树分支上的ZmHSP90基因具有相似的motif和基因结构;GO富集分析显示,11个ZmHSP90基因均参与了蛋白质折叠过程;表达模式分析显示,11个ZmHSP90基因在不同组织或器官中均有表达,其中ZmHSP90-1基因的表达量相对较高;ZmHSP90-1基因在耐旱性强的玉米自交系中具有更高的表达量,且积极响应干旱和复水过程;蛋白互作预测显示,ZmHSP90-1可能与其互作蛋白协同响应非生物胁迫,发挥生物学功能。     

陆地棉微管结合蛋白CLASP家族基因的鉴定及表达分析

CLASP蛋白(CLIP-associated protein,CLASP)是一种调节微管结构与功能的微管结合蛋白,在植物生长发育及形态建成过程中起着至关重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,在陆地棉基因组数据库中鉴定出6个编码CLASP蛋白的基因。多重序列比对及系统进化树分析表明,陆地棉CLASPs可分为2个亚家族(I和II),亚家族I含有HEAT重复结构域和典型的CLASP-N端结构域,亚家族II只含有CLASP-N端结构域。实时荧光定量PCR结果表明,6个CLASPs基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中CotAD_63740(Gen Bank登录号为KX881965)和CotAD_04861(Gen Bank登录号为KX881961)在纤维中优势表达,CotAD_48232(Gen Bank登录号为KX881962)、CotAD_48665(Gen Bank登录号为KX881963)、CotAD_55570(Gen Bank登录号为KX881964)和CotAD_68468(Gen Bank登录号为KX881966)在茎中优势表达,表达模式的不同表明CLASPs在棉花不同组织中功能不同。本研究为深入研究棉花CLASPs的功能奠定了基础。     

亚洲棉bZIP蛋白家族的鉴定及GaFDs基因的组织表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是真核生物中数量最多并且最具多样性的转录因子之一,参与植物生长发育及响应生物和非生物胁迫。本研究利用亚洲棉(Gossypium arboreum)全基因组数据库,通过生物信息学分析分布在13条染色体上的159个bZIPs家族基因的全序列。系统进化、基因结构和保守基序分析表明这些基因分成13个亚家族。其中,A亚家族有3个GaFD基因GaFD1、GaFD2和GaFD3,通过实时荧光定量PCR分析3个GaFDs基因在不同组织中的表达,结果表明GaFD1和GaFD2在SAM中的表达量最高,GaFD3在茎中表达量最高。研究表明棉花基因组中具有数量众多的bZIP家族成员,不同基因结构及FD基因不同的表达特征表明bZIP基因在棉花生长发育中可能具有不同的功能,这些结果为进一步解析棉花bZIP家族基因的功能和作用机理积累了有价值的资料。     

玉米非生物逆境响应基因ZmASK1的克隆及表达特性分析

类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因在植物发育和逆境应答中起着十分重要的作用。通过RT-PCR方法从玉米中克隆了一个与Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因同源的全长cDNA, 命名为ZmASK1(abiotic stress-induced kinase)(GenBank accession No., AY722707)。推测ZmASK1蛋白含有426个氨基酸, 分子量为48.5 kD, 等电点为8.7。半定量RT-PCR分析表明, ZmASK1可以被甘露醇、高盐和脱落酸(ABA)诱导。另外, 在不同的组织中, ZmASK1的表达模式也不一样, 在子房中的表达量最高。这些结果表明, ZmASK1可能在植物逆境反应及生殖生育过程中起多重作用。本文是玉米类Shaggy/GSK-3蛋白激酶基因参与胁迫和发育过程的首次报道。