鹰嘴豆miR164基因家族的生物信息学分析及靶基因预测

miR164是植物特有的一类miRNA,参与调控植物的生长发育和对逆境胁迫的响应。为深入理解Car-miR164的功能和调控机制,本研究通过全基因组手段鉴定鹰嘴豆Car-miR164家族成员并预测靶基因功能,在PmiREN中获得Car-miR164家族5个成员的序列,通过染色体定位技术表明其位于鹰嘴豆Ca3、Ca4和Ca7三条染色体上。通过多序列比对发现Car-miR164家族5个成员的21 bp成熟序列的一致性很高,仅在5'端第13、17和21个核苷酸处存在差异。二级结构分析表明Car-miR164家族5个成员的前体序列都能形成稳定的茎环结构,成熟的miRNA序列均位于5'端。进化树分析表明水稻、拟南芥、苜蓿、大豆和鹰嘴豆中miR164家族成员主要聚为3个分支,Car-MIR164a与Mtr-MIR164j聚在一个分支,其他4个Car-MIR164聚在另外一个分支。靶基因预测表明Car-miR164家族5个成员的靶基因为鹰嘴豆NAC转录因子家族成员NAC09、NAC11和NAC57。转录组数据分析表明在鹰嘴豆8个不同组织中Car-miR164b/c/e的表达量比Car-miR164a/d高。本实验为进一步研究鹰嘴豆Car-miR164家族成员及其靶基因提供理论依据。     

植物miR399家族分子特征及靶基因功能分析

为研究植物miR399家族成员构成、分子特征及其靶基因功能,利用生物信息学方法对植物miR399家族成员数量、系统进化、二级结构、启动子特征及靶基因功能进行分析。共获得244个成熟miR399成员,仅分布在被子植物中,不同物种中pre-miR399和miR399的数量分布差异较大;大多数pre-miR399仅剪切为单个成熟miR399,数量最多的pre-miR399长度为64 nt,93.85%的成熟miR399序列长度为21 nt;pre-miR399序列分析显示,3′端保守性高于5′端,且大部分成熟miR399序列来源于3′端,保守序列为UGCCAAAGGAGA*UUGCCC*G;进化分析显示,miR399序列一致性较高,但不同种属间聚类关系较复杂;植物pre-miR399主要分为3种类型:①产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的3′端;②产生2条成熟miR399,分别位于pre-miR399的3′端和5′端;③产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的5′端;pre-miR399启动子区含有大量激素和胁迫响应元件;水稻miR399家族靶基因本体分析显示,细胞组分分类中的细胞和细胞部分类别占比均为59.1%,分子功能分类中的催化活性和结合类型占比分别为40.9%和45.5%,miR399调控了多个磷响应和磷转运靶基因,这些基因主要参与了植物磷代谢、应激响应、基因表达调控等多项进程。研究表明,miR399在植物进化过程中高度保守,能够响应多种不同信号,其参与了植物的多种生命过程,尤其在植物磷饥饿胁迫和磷转运中发挥重要作用。     

植物miR398家族的分子特征与进化分析

miR398家族是植物界中一类保守的miRNA家族,本文旨在探究植物miR398家族成员的分子特征,阐释其系统进化规律。以数据库公布的植物miR398成熟体、前体及靶标序列为供试数据,用统计学和生物信息学法分析其分子特征与进化规律。miR398家族成员在34个植物物种中分布广泛,其成熟体长度、核苷酸种类、前体茎环结构及对靶基因抑制类型均符合典型的植物miRNA分子特征。不同植物间miR398成熟体保守性高于前体,前体茎部保守性高于环部。同一物种间的miR398家族成员具有不同的进化速率,少数物种间的miR398家族具有协同进化特征。靶基因功能预测结果显示,miR398家族成员多以切割抑制的方式参与植物的逆境胁迫响应。植物miR398家族兼具保守性与多态性特征,不同植物间的miR398家族成员具有多样的进化模式。研究结果为miR398介导的植物逆境胁迫响应机制探究奠定理论基础。     

小桐子miR394家族鉴定及其靶基因的低温表达特性

MicroRNA (miRNA)是植物基因转录与翻译的重要调控因子,miR394参与植物多种抗逆性的调节过程。为深入研究miR394在小桐子抗冷性中的调控机制,利用生物信息学方法对小桐子miR394进行鉴定及靶基因预测,并通过实时荧光定量PCR分析了jcu-miR394及其预测靶基因在低温胁迫下的差异表达特性。结果表明,小桐子中共鉴定到两个miR394基因(jcu-MIR394a, jcu-MIR394b),都可形成稳定的茎环结构,成熟体序列都位于茎环结构的5′端,且都为20 nt (5′-UUGGCAUUCUGUCCACCUCC-3′)。靶基因预测与RT-qPCR表达分析显示,小桐子FBXO6是miR394的潜在靶基因,并可能通过miR394b-FBXO6靶向互作参与小桐子抗冷性过程。本研究结果为开展小桐子miR394参与抗冷性机制研究奠定了基础。     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

鹰嘴豆miRNA中miR156家族的生物信息学分析及靶基因预测

为了揭示鹰嘴豆Car-miR156基因家族的进化过程和表达模式,对Car-miR156家族8个成员的序列进行生物信息学分析及靶基因预测。染色体定位结果表明7个Car-miR156基因定位在鹰嘴豆Ca4、Ca5、Ca6和Ca7四条染色体上,而Car-miR156g定位在scaffold1580上。序列比对发现8个Car-miR156基因的成熟序列具有高度一致性,仅在5'端第1、14和15个碱基存在差异。二级结构分析结果表明,8个Car-miR156成员的前体序列都能形成稳定的茎环结构,Car-miR156h成熟的miRNA序列位于3'端,Car-miR156a/b/c/d/e/f/g成熟的miRNA序列位于5'端。此外,Car-miR156a/d/f/g与大豆的miR156家族成员亲缘关系较近,Car-miR156e与拟南芥Ath-miR156j聚在一个分支,而Car-miR156b单独为一个分支。靶基因预测表明SQUAMOSA启动子结合蛋白家族成员(SPL2/3/6/7/9/13A)是Car-miR156的靶基因,Car-miR156a/c/d/e/f/g/h还能够靶向调控大刍草颖片架构1类基因。转录组数据分析表明,Car-miR156a/c/d/f在鹰嘴豆8个组织中都有表达,Car-miR156b在根中不表达,Car-miR156e在茎和花中不表达。这些研究结果为研究鹰嘴豆Car-miR156家族成员的表达及其靶基因的功能提供了基础。     

参薯miR156和靶基因SPL特征分析

参薯(Dioscorea alata)在热带和亚热带广泛种植,为该地区的人提供了粮食,具有重要的经济价值。miR156及其靶基因SPL对植物的生长发育的调控起到重要的作用,为了分析参薯中miR156-SPL的调控模块,本研究对参薯miR156基因位点和对应靶基因进行预测和验证。基于参薯基因组以及转录组信息,一共得到DamiR156的8个基因位点,预测了miR156的6个靶基因,其中4个属于SPL基因家族。多序列比对分析发现8个Da-miR156的前体序列在发卡区高度保守,根据序列同源性可以分为3组。表达谱数据和RT-qPCR表明DamiR156在参薯组培再生植株的叶、茎、块茎各个组织表达量远高于田间参薯,且在块茎中表达量也高于其他组织,初步推断Da-miR156在薯块发育的过程中发挥作用。5'-RLM-RACE实验验证了DaSPL被miR156切割的位点,为开展参薯SPL基因功能分析提供了参考依据。本研究通过对参薯mi R156和靶基因SPL特征研究为分析miR156-SPL调控模块在参薯薯块发育中的作用打下科学基础。     

鹰嘴豆miR169家族的生物信息学分析及靶基因预测

在多种植物中miR169家族成员应答多种非生物胁迫,如高盐,低温和干旱。为了揭示Car-miR169的生物学功能,对Car-miR169家族13个成员的序列进行生物信息学分析及靶基因预测。染色体定位结果表明,11个Car-miR169成员分布在鹰嘴豆Ca1、Ca2、Ca4、Ca6和Ca75条染色体上,Car-miR169g和Car-miR169l分别定位在scaffold2734和scaffold362上。Car-miR169a和Car-miR169i在鹰嘴豆Ca1染色体上成簇存在。Car-miR169f和Car-miR169m在鹰嘴豆Ca7染色体上成簇存在。序列比对表明13个Car-miR169成员的成熟miRNA序列一致性为84.28%。13个Car-MIR169成员的前体序列的二级结构分析结果表明,成熟的miRNA序列均位于5'端,均形成稳定的茎环结构。进化树分析表明,Car-MIR169a、Car-MIR169c、CarMIR169d、Car-MIR169e、Car-MIR169g与苜蓿的Mtr-MIR169家族亲缘关系较近。Car-MIR169b、Car-MIR169f、Car-MIR169h和大豆Gma-MIR169家族聚在一个分支,Car-MIR169i、Car-MIR169j、Car-MIR169k、CarMIR169l和水稻Os-MIR169a聚在一个分支,而Car-MIR169m单独为一个分支。靶基因预测表明大部分CarmiR169家族成员的靶基因为核转录因子A亚基。鹰嘴豆8个组织的转录组数据分析表明Car-miR169i、Car-miR169j、Car-miR169k、Car-miR169l在叶、茎、花蕾、花和豆荚中不表达,Car-miR169e在茎中不表达,其他成员在8个组织中均表达。这些研究结果为研究鹰嘴豆Car-miR169家族成员及其靶基因的功能提供了基础。     

苹果炭疽病抗性miRNA的筛选

为筛选炭疽病菌侵染苹果属植物后相关miRNA的响应情况,以抗病品种‘八棱脆’海棠、感病品种‘嘎啦’苹果2个为试验材料,分别用胶胞炭疽孢子悬浮液侵染组培苗,4天后发病,提取植物总RNA并反转miRNA,用qRT-PCR分析2种植物中抗病相关miRNA相对表达量的差异,并对其靶基因进行预测。在抗性品种中miR390a和miR396b/c/f表达量下调,而在感病品种中表达量上调,且其靶基因均有LRR受体样丝氨酸/苏氨酸蛋白,miR482b靶基因为抗性蛋白。miR390a、miR482b和miR396b/c/f可能在苹果炭疽病的侵染过程中起重要作用。     

大豆GST基因家族全基因组筛选、分类和表达

利用生物信息学手段,结合公共大豆基因组数据库和大豆发育表达芯片数据获得大豆GST家族基因序列、蛋白序列和染色体位置等信息并进一步对基因的组织表达等进行分析。结果显示大豆中含94个GST家族基因,根据系统发育分析将这些GST基因分成5个亚家族;定位分析表明,94个GST基因分布于大豆的16条染色体上。表达分析结果表明,14个不同发育阶段,大多成员至少在一个组织中表达,11差异表达的基因中有7在根中表达,另外4在其它部位优势表达,基因表达具有一定特异性。本研究为进一步研究GST家族的功能及其抗逆利用提供基础。     

玉米miR395基因家族生物信息学分析及靶基因预测

MicroRNA(miRNA)具有调控基因表达的作用,为了揭示玉米miR395基因家族进化规律、表达模式及功能,开展了基因定位、多序列比对、顺式作用元件分析、二级结构分析、靶基因预测及表达模式分析。结果共鉴定到16个成员,且均集中分布在第2号、第10号染色体上;19个碱基完全相同,表明在进化过程中具有高度保守性;具有18个ABRE类顺式作用元件,推测其通过参与调节ABA信号传导,提高玉米抗逆性;多数靶向基因参与硫酸盐同化,初步推测玉米miR395基因家族参与玉米硫代谢;转录组分析发现zma-miR395基因家族中一些成员为下调表达模式。研究结果为后续玉米相关基因的功能解析奠定了基础。     

大豆TRK-HKT家族基因结构及逆境胁迫响应机制

植物TRK-HKT家族基因广泛介导植物Na+/K+运输,参与植物耐逆境胁迫调控。本研究以6个大豆钾利用效率差异品种为材料,利用in silico技术克隆到4个大豆TRK-HKT家族成员(Gm HKT1;1、Gm HKT1;2、Gm HKT1;3和Gm HKT1;4),采用q RT-PCR技术解析这些基因在低钾及逆境胁迫下的表达机制。结果表明,Gm HKT1;2在大豆幼苗根中对低钾胁迫的响应明显高于其他3个基因,且钾高效大豆品种这种响应更明显;同时Gm HKT1;2对不同逆境胁迫(低温、干旱、高盐和ABA)也有较强的响应。蛋白结构分析表明,仅Gm HKT1;2具有4个MPM结构域,4个保守的氨基酸残基空间上形成一个"漏斗样"结构,充当K+/Na+转运通道,通过邻近的ATP结合结构域,为K+/Na+转运提供能量。基因结构分析显示,这些基因均含3个外显子和2个内含子,不同基因间的第一个外显子和内含子片段大小差异显著,导致各基因的基因组DNA(g DNA)大小各异。启动子分析揭示,大豆TRK-HKT家族成员包含参与种子功能定位和各种激素及逆境胁迫应激反应的重要顺式作用元件;进化上该家族基因位于第一进化分支,含保守的Ser–Gly–Gly–Gly基序。     

苯丙氨酸解氨酶基因家族在大豆中的时空表达研究

苯丙氨酸代谢途径是植物最重要的次生代谢途径之一,其下游产物包括异黄酮、植保素、木质素等多种次生代谢产物。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是苯丙氨酸代谢途径的起始酶和关键酶。PAL基因家族包含8个基因,为了明晰这8个基因在大豆植株内的表达情况,通过实时定量PCR研究了PAL家族所有成员在大豆植株内的时空表达差异性。发现PAL基因家族总体的相对表达量在生殖生长时期高于营养生长时期,在叶片和子粒中相对表达量较高。PAL1-1、PAL2-1和PAL2-3基因在各部位相对表达量明显高于其他同家族基因,PAL1-1基因各时期稳定表达,PAL2-1和PAL2-3基因在生殖生长后期先后出现表达峰值。这些结果表明大豆PAL基因家族各成员的相对表达量在时间和空间上存在差异,具有一定时空表达特异性。     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】REM(Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道。【方法】基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表达规律等进行分析。【结果】陆地棉REM基因家族包含79个成员,分布在25条染色体上,可分为5个亚组。每个成员编码的蛋白质至少含有1个B3结构域,大部分定位在细胞核。基因上游2 kb序列中存在激素及胁迫响应等顺式作用元件。组织表达特性分析结果显示,大部分REM基因在胚珠或纤维中的表达量较其他组织更高。逆境胁迫下的表达分析显示,29个基因响应棉花冷、热、盐或干旱胁迫。对6个基因在纤维不同发育时期表达量进行分析,发现这些基因的表达与已发表的转录组数据基本一致。【结论】明确了REM基因家族在基因组中的分布特征、结构特征以及系统进化特征,根据转录组数据初步揭示了该家族基因在生长发育和抗逆中的功能。     

小金海棠缺铁胁迫相关miR394a的克隆与表达分析

为了研究铁高效植物小金海棠的miRNAs信息及在缺铁处理下miRNA的表达变化,以进一步了解小金海棠缺铁分子调控机制。以改良CTAB法提取的总RNA为模板,从小金海棠中分离得到miR394a。通过Real-time PCR检测miR394a的表达,并利用生物信息学方法预测了miR394a的靶基因及其功能。miR394a具有高度保守性,从小金海棠中分离的miR394a与其他物种的miR394a序列高度相似。缺铁胁迫后,小金海棠的miR394a在根及叶中都有表达,但表达模式有所不同,miR394a在根部响应较为迅速,缺铁处理1天时,即有上调表达;而在叶片的响应较晚,缺铁3天时有上调表达。miR394a的靶基因预测表明,miR394a主要调控转录因子及参与代谢途径的基因。结果表明,miR394a受缺铁胁迫所诱导,参与了小金海棠缺铁调控途径,在缺铁调控中起重要作用。