陆地棉MADS-box家族基因鉴定及组织特异性表达分析

【目的】MADS-box蛋白是1种重要的转录因子,参与调控棉花生长发育进程。鉴定分析陆地棉MADS-box家族基因,可为研究其生物学功能奠定基础。【方法】基于2019年最新组装的陆地棉TM-1参考基因组,通过HMMER 3.0软件鉴定陆地棉TypeⅠ型及MIKC型MADS-box基因。利用MapInspect、MEGA7.0、MEME和TBtools软件以及omicshare网站进行染色体定位、多序列比对聚类分析、Motif预测、基因结构鉴定以及组织特异性表达分析。【结果】从全基因组水平上鉴定出181个陆地棉MADS-box基因(66个TypeⅠ型和115个MIKC型),染色体定位发现该181个基因在陆地棉26条染色体上均有分布,其中A组染色体上分布有78个基因、D组上分布有103个基因。系统进化分析显示TypeⅠ型MADS-box蛋白有3个亚家族,MIKC型蛋白包括MIKC*型和含有10个亚家族的MIKCC型;motif预测结果显示所有MADS-box蛋白均含有MADS结构域,基因结构分析结果显示,外显子、内含子结构和长度在各亚家族内具有同一性;组织特异性表达分析发现MADS-box家族基因中有33个在纤维组织中优势表达,103个在花器官中优势表达,41个基因在根茎中优势表达。【结论】本研究通过生物信息学方法,鉴定并获得了与陆地棉开花调控和纤维发育相关的MADS-box基因,对于揭示棉花纤维品质等重要性状的遗传调控机制及分子育种具有一定的理论意义和应用价值。     

甜瓜MADS-box基因家族的鉴定及系统进化分析

中国是甜瓜的主要生产国家，种植面积和产量都位于世界首位。本研究通过全基因组分析鉴定了甜瓜MADS-box基因家族成员，分析甜瓜MADS-box基因家族成员的染色体定位、多重序列比对、motif分布和外显子-内含子结构分布，以及对其成员进行进化及表达分析，并分析启动子区的顺式作用元件分布。结果显示，从甜瓜全基因组数据库中共鉴定了45个甜瓜MADS-box基因，其中Ⅰ型基因11个，Ⅱ型基因34个；通过系统发育分析，Ⅰ型基因主要分布于Mβ和Mγ亚家族中；Ⅱ型基因则分布于13个亚家族；Ⅰ型基因与Ⅱ型基因的motif分布和外显子个数区别明显，但同型基因区别不大；对CmMADS-box基因家族全生理期表达量进行可视化分析并进行了共线性分析；根据启动子区的顺式作用元件分布情况，推测CmMADS-box基因可能响应多种外界胁迫，即具有功能多样性。该研究结果为探究甜瓜MADS-box基因家族生物学功能提供参考。     

向日葵WRKY转录因子家族鉴定与生物信息学分析

WRKY转录因子家族参与了多种激素调节信号通路,在帮助植物响应外界不良环境中起着重要作用。本研究基于向日葵(Helianthus annuus)基因组数据库对向日葵进行了WRKY基因家族成员鉴定、进化关系分析、基因定位、基因结构和保守Motif分析、功能启动子元件和基因共线性分析。结果表明:向日葵中包含117个WRKY家族基因,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,其中Ⅱ类包含Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe五个亚家族。染色体定位显示HaWRKY基因在向日葵所有染色体上均有分布,第10号染色体上分布最多含有18个HaWRKY基因,2号和13号染色体分布最少仅有3个HaWRKY基因。向日葵WRKY转录因子蛋白在59～940个氨基酸之间,平均氨基酸个数为345个,等电点为5.01～10.19不等。基因结构分析表明除Ha WRKY52、HaWRKY82不含内含子,其他成员都含有1～9个不等的内含子。保守域分析表明有12个HaWRKY家族基因WRKYGQK发生了变异,占向日葵WRKY家族的10%。此外,启动子分析表明HaWRKY家族基因启动子区含有大量响应生物胁迫和非生物胁迫元件,共线性分析得到11对加倍复制基因。本研究结果有助于了解向日葵WRKY基因家族成员的情况,为向日葵WRKY基因家族成员进一步的功能分析提供基础。     

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。     

荷花NnMADS6基因的分离与表达分析

为了研究MADS-box E类基因在荷花花器官发育中的作用,以荷花‘重瓣一丈青’(Nelumbo nucifera'Chongban yizhangqing')品种为试验材料,利用RT-PCR克隆获得AGL6-like基因,命名为NnMADS6。序列分析表明,NnMADS6基因全长770 bp,含有1个726 bp的开放读码框(ORF),编码241个氨基酸,C-末端包含典型SEP/AGL6基序。氨基酸序列比对发现Nn MADS6与红花木兰MawAGL6、腊梅ChpAGL6、黑种草NidAGL6、无油樟AmtMADS6、烟草NitMADS6和拟南芥AtAGL6同源性分别为83.5%、81.5%、81.2%、80.9%、73.4%和59.1%,进一步系统进化树分析显示NnMADS6基因聚在AGL6分支中基本被子植物类群,说明该基因属于MADS-box家族AP1/AGL9亚家族AGL6分支同源基因。表达模式分析显示,无论在单瓣型材料或重瓣型材料,NnMADS6基因主要集中在花芽、萼片、花瓣和心皮中表达,花瓣中表达量最高。本研究结果表明,NnMADS6基因在花器官发育尤其在花瓣形成中有调控作用。     

春兰AGL6基因的克隆及实时定量表达分析

本研究采用RT-PCR结合RACE技术从春兰(Cymbidium goeringii)中分离到一个AGL6基因。序列分析表明,该基因含有一个729bp长的开放阅读框(ORF),共编码242个氨基酸。系统进化树分析显示,该基因属于MADS-box基因家族AP1/AGL9组的AGL6同源基因,其编码的蛋白与其它植物AGL6类蛋白具有较高的同源性,命名为CgAGL6(基因登录号为HM208533)。实时荧光定量表达分析表明,CgAGL6基因春兰不同组织中均有表达,其中在唇瓣、花芽和子房中的表达量较高,在花瓣和萼片中的表达量次之,在根、叶和蕊柱中的表达量最低,显示了CgAGL6基因可能在春兰成花转变和花器官的形成过程中起着重要作用。     

雷蒙德氏棉Argonaute基因家族的生物信息学预测与分析

Argonaute(AGO)蛋白是参与小RNA调控通路的重要元件,在生命体的生长发育过程中发挥着重要作用。本研究利用AGO蛋白的保守域在雷蒙德氏棉基因组中进行同源比对,鉴定出15个成员,并对其进行进化关系、染色体定位、基因结构、保守域、时空表达模式等分析。结果表明:该家族成员基因长度从3335到9086bp不等,其中11个基因被定位到7条染色体上;该家族成员可分为3个亚族,包含5个小组,各亚族内、小组间成员也存在很高的保守性;发现每个基因都有不同的时空表达模式,且各小组内成员之间存在协同和互补2种表达模式,找到在花器官特异表达的基因1个,胚珠中特异表达的基因3个。本文首次对棉花中AGO基因家族进行了鉴定和生物信息学分析,为进一步研究AGO基因家族在棉花中的功能奠定了基础。     

雷蒙德氏棉Argonaut基因家族的生物信息学预测与分析

Argonaute(AGO)蛋白是参与小RNA调控通路的重要元件,在生命体的生长发育过程中发挥着重要作用.本研究利用AGO蛋白的保守域在雷蒙德氏棉基因组中进行同源比对,鉴定出15个成员,并对其进行进化关系、染色体定位、基因结构、保守域、时空表达模式等分析.结果表明:该家族成员基因长度从3335到9086bp不等,其中11个基因被定位到7条染色体上;该家族成员可分为3个亚族,包含5个小组,各亚族内、小组间成员也存在很高的保守性;发现每个基因都有不同的时空表达模式,且各小组内成员之间存在协同和互补2种表达模式,找到在花器官特异表达的基因1个,胚珠中特异表达的基因3个.本文首次对棉花中AGO基因家族进行了鉴定和生物信息学分析,为进一步研究AGO基因家族在棉花中的功能奠定了基础.     

马铃薯全基因组StbZIP基因家族的鉴定及在不同逆境中的表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是一种广泛存在于植物中的保守转录因子，其家族成员数目是植物中最丰富的转录因子家族之一。为了解马铃薯StbZIP基因家族的相关信息，本研究通过生物信息学的方法，在二倍体马铃薯‘DM’全基因组中鉴定64个马铃薯StbZIP家族成员，命名为StbZIP1～StbZIP64。通过分析发现，马铃薯StbZIP家族成员不均匀地分布在12条染色体上。生物信息学分析表明，家族成员蛋白长度为132～822 aa，分子量介于15.40～88.18 kD之间，等电点4.74～10.30。系统发育树分析显示，该基因家族可分为11个亚群，其基因主要分布在第1、4和10号染色体上。基因结构和保守基序分析发现，各亚族成员间具有相似的保守基序和进化的保守性。表达模式分析发现，11个亚族内部呈现出响应不同非生物胁迫的表达模式，其中有8个亚族基因都在ABA胁迫24 h时表达量发生显著升高。这些结果为阐明StbZIP基因家族的进化和进一步研究StbZIP基因的功能提供了理论指导。     

谷子SBP转录因子的鉴定与表达分析

为明确谷子SBP基因家族成员、系统发育以及生物学功能,本研究通过构建隐马尔可夫模型和本地数据库,在谷子全基因组数据库中扫描含有SBP结构域的SBP基因家族成员,并进一步对染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和组织表达模式进行分析。从谷子全基因组数据库中共鉴定到20个SBP成员,以不均匀方式分布在9条染色体上;系统进化树分为GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ、GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ6个亚族;亲缘关系较近的基因具有相似的结构和保守基序,谷子SBP蛋白都含有保守motif 1和motif 2,大部分谷子SBP基因的内含子个数在1～4之间;谷子SBP基因在不同组织中的表达模式具有特异性,具有相同表达模式的基因聚类在一起。本研究初步明确了谷子SBP转录因子的分类、进化关系、结构特点以及组织表达模式。研究结果为进一步研究谷子SBP转录因子的系统发育以及生物学功能提供了理论基础,同时也为培育优良谷子种质资源提供科学依据。     

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。     

雷蒙德氏棉和亚洲棉TCP基因家族的生物信息学分析

TCP基因家族是植物中特有的一类转录因子家族,涉及了植物的多种生长途径以及各种生理生化反应的信号传导。为了更好地了解TCP基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数量和分布情况等,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出37个TCP基因家族成员,并对TCP家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系等分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉全基因组分别编码37个TCP转录因子成员。雷蒙德氏棉30个成员基因分布在10条染色体上,亚洲棉37个成员基因分布在13条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,TCP基因结构较为简单,大部分不含内含子;功能结构域分析,发现所有TCP转录因子具有高度保守的TCP结构域;根据结构域差异和系统发育分析的结果,将TCP基因家族分成2个亚族,进一步划分为PCF、CIN、CYC/TB1三个亚类。以上结果为进一步研究棉花TCP基因家族各成员的功能奠定一定的理论基础。     

亚洲棉bZIP蛋白家族的鉴定及GaFD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bZIP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GaFD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。     

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。     

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。     

小麦TaPOD家族的全基因组鉴定及表达分析

过氧化物酶(Peroxidase, POD)家族成员在调节植物生长发育和响应逆境胁迫中起重要作用。为系统探究小麦(TriticumaestivumL.)TaPOD基因家族的功能及其表达模式,本研究利用生物信息学的方法鉴定了小麦TaPOD基因家族成员,对其理化性质、启动子顺式作用元件、进化特征做了预测分析,并通过小麦转录组和实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative, RT-qPCR)分析了其在不同组织、外源激素及逆境胁迫下的表达模式。结果表明,目前基因组测序小麦中包含659个TaPOD基因家族成员,蛋白质序列长度在206～518个氨基酸之间;系统发育分析表明,小麦TaPOD家族成员分为I～VII组且每组成员数量不等;序列比对显示小麦TaPOD家族成员具有5个保守基序,且基因结构等方面存在很大差异,预示着功能存在多样性;染色体定位发现其数量在小麦的21条染色体上分布不均匀,其中2B染色体上数量最多;通过种内共线性分析发现,小麦TaPOD基因共有396个重复事件,同源性较高且进化过程非常保守,主要通过片段复制和串联复制进行扩增,且Ka/Ks比率显示仅有4对家族成员受到...     

水稻NRL基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

NRL (NPH3/RPT2-Like)基因家族是植物中特异存在的基因家族,根据拟南芥NRL基因家族中参与植物向光性响应的NPH3 (NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL 3)和RPT2 (ROOT PHOTOTROPISM 2)命名.本研究利用生物信息学方法鉴定到27个水稻NRL基因,分布在除10号染色体外的染色体上,同时基因复制分析结果表明,全基因复制或片段复制比串联复制在水稻NRL基因家族扩张中起更大的作用.利用单、双子叶植物的7个物种进行系统进化关系分析,将192个NRL基因家族成员分为6个不同的组.水稻NRL家族的结构特征分析显示,多数成员含有NRL基因家族的特征结构域,而基于RNA-Seq和微阵列数据的表达分析结果表明,水稻NRL家族基因在多个组织表达,同时部分基因在叶片、花序和花药中高表达.本研究对水稻NRL基因家族进行鉴定和分析,为进一步研究水稻NRL基因家族的功能提供了一定的参考和依据.     

甜菜组蛋白去乙酰化酶(HDACs)基因家族鉴定及功能预测

为了鉴定甜菜基因组中春化作用相关的组蛋白去乙酰化酶(HDACs)。本研究利用HMMsearch和Blastp鉴定BvHDACs基因家族成员,并采用iqtree程序构建最大似然进化树。利用TBtools分析BvHDACs染色体定位、基因结构。通过转录组测序分析春化过程中BvHDACs表达模式。结果表明,甜菜共有16个的BvHDACs基因分别位于5条染色体。它们可分为RPD3/HDA1、SIR2、HD2三个亚家族,亚家族内各成员功能结构域高度相似。转录组测序表明多个RPD3/HDA1、SIR2和HD2成员在春化过程中发生显著变化。尤其是,BvHDT1和BvHDT2变化趋势与抽薹表型变化具有相关性。蛋白互作预测表明BvHDT1、BvHDT2具有与BvFLD、BvJMJ11、BvJMJ12等抽薹开花相关蛋白相互作用的潜力。综上,推测BvHDT1和BvHDT2可能参与甜菜春化作用。     

猕猴桃WRKY转录因子家族全基因组鉴定与分析

本研究旨在鉴定猕猴桃WRKY基因家族成员,为进一步研究Ac WRKY转录因子在猕猴桃生长和发育进程及生物和非生物胁迫中的调控作用提供信息。利用‘红阳’猕猴桃全基因组数据,通过生物信息学在线分析网站与软件利用的方法,对猕猴桃WRKY转录因子家族成员进行鉴定和系统分析。分析表明:从猕猴桃全基因组中共鉴定出89个Ac WRKY基因,分组鉴定和进化分析显示,Ac WRKY蛋白可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ个类型。Ⅰ组共有19个成员,其锌指结构是CX_4CX_(22-23)HXH(C_2H_2类型);Ⅱ组共有61个成员,进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe共5个亚组,分别有4、7、27、11和12个成员,其锌指结构为CX_(4-5)CX_(23)HXH(C_2H_2类型);Ⅲ组有9个成员,其锌指结为CX_7CX_(23-24)HXC(C_2HC类型);Ac WRKY蛋白序列比对及保守基序分析表明,Ac WRKY结构域高度保守,但也存在一定的变异。染色体定位表明Ac WRKY基因不均匀分布于除9号染色体外的28条染色体上,有11个WRKY基因无法定位到染色体上,同时发现部分基因存在串联复制现象。同源拟南芥不同组织的基因表达模式分析表明,33个WRKY基因在植物根、叶、花和果四个器官中均有显著性表达,但相对表达水平存在差异。猕猴桃WRKY基因家族具有丰富的生物学功能,与其它已报道的物种WRKY基因相似,广泛参与植物营养和生殖生长以及环境胁迫等多方面的调控。     

雷蒙德氏棉LBD基因家族的鉴定及进化表达分析

家族转录因子是后基因组时代的研究热点。植物中的家族转录因子参与调控了许多重要的生物学过程,包括形态建成、信号转导、环境应激反应。植物特有的(lateral organ boundaries domain,LBD)/ASL(ASYMMETRIC LEAVES2-LIKE)家族转录因子包含保守的类似锌指结构CX2CX6CX3C基序,在调控拟南芥、水稻、玉米等模式植物生长发育过程中起到至关重要的作用。然而,对于棉花LBD基因的功能目前我们还知之甚少。本研究从雷蒙德氏棉基因组中鉴定出66个LBD基因,不均匀的分布在13条染色体上。这些基因可分为ClassⅠ和ClassⅡ两大类,细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅱa和Ⅱb等6个亚类。该家族基因结构简单,外显子数目不超过3个。从雷蒙德氏棉LBD家族成员中共找出15段保守基序,并对(lateral organ boundaries,LOB)结构域的保守性进行了分析。基因表达模式分析揭示出雷蒙德氏棉LBD基因家族的表达具有一定时空特异性。本研究为今后雷蒙德氏棉LBD基因功能的验证奠定了基础。