水稻中富含亮氨酸的重复序列和核苷酸结合位点(LRR-NBS)基因家族的生物信息学分析

 采用HMM(HiddenMarkovModel) ,对源于日本晴的粳稻 (国际水稻测序计划 ,IRGSP)基因组和 9311的籼稻基因组 (北京华大 ,BGI)的蛋白质数据库进行了搜索 ,分别获得了 32 5和 344个富含亮氨酸的重复序列和核苷酸结合位点 (leucinerichrepeat-nucleotidebindingsite ,LRR -NBS)类的抗病基因的蛋白序列 ,并得到了与这些蛋白相应的cDNA序列。对粳稻蛋白功能结构域的分析表明 ,多个蛋白具有与植物防卫反应相关的结构域 ,还发现多个蛋     

橡胶树白粉菌MAPK级联信号途径全基因组鉴定及途径模型建立

从全基因组水平鉴定橡胶树白粉菌(Oidium heveae)的MAPK级联信号途径基因,并对其进行Blast比对、蛋白质结构域及聚类分析,构建橡胶树白粉菌中的MAPK级联途径简图,为深入研究其MAPK级联途径的功能奠定基础。利用橡胶树白粉菌基因组数据库和小麦白粉菌(Blumeria graminis)的同源序列进行比对,获得25个MAPK信号途径相关基因。在橡胶树白粉菌基因组中发现了2个MAPK基因、2个MAPKK基因和5个MAPKKK基因。多重序列比对与保守位点分析表明,橡胶树白粉菌MAPK信号途径的激酶结构域均高度保守。在橡胶树白粉菌中构建Fus3/Kss1MAPK、Hog1 MAPK、Slt2(Mpk1)MAPK 3条MAPK级联途径,为深入探究植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。     

利用籼粳稻特异InDel标记分析云南糯稻品种的籼粳特性

利用籼粳杂种优势是实现水稻超高产育种目标的重要途径之一。利用根据粳稻日本晴和籼稻93-11基因组序列设计的34对特异性插入/缺失(Insertion/Deletion,InDel)引物,对采自云南省7个地州17个县的181份糯稻品种进行籼粳性分析。通过对这些糯稻品种DNA样品在这34个InDel位点上的籼型或粳型基因频率,确定各个糯稻品种的籼、粳性。结果表明:141份测试品种被鉴定为典型籼稻,18份为籼稻,8份为典型粳稻,13份为粳稻,1份为偏粳稻。主成分分析表明,云南糯稻籼粳分化明显。     

玉米NCED基因的序列特征及生物信息学分析

采用生物信息学的方法,对玉米基因组NCED基因进行序列特征及生物信息学分析。结果表明：玉米基因组中NCED基因只有1个拷贝,分布于玉米1号染色体的长臂上。玉米NCED基因全长2012bp,具有编码生成一个604个氨基酸的完整阅读框。进化树分析表明,玉米NCED基因编码蛋白与水稻（包括粳稻和籼稻）NCED蛋白亲缘关系最近,与大麦的亲缘关系次之,而与其他物种亲缘关系较远。     

水稻1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶基因的电子克隆及表达

利用电子克隆的基因克隆策略,以拟南芥1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶AtITL1的cDNA序列为信息探针,在水稻基因组数据库搜索到高度同源的水稻基因组序列,通过人工序列拼接及RT-PCR方法克隆得到了水稻编码1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶类似物的基因OsITL1的全长cDNA序列。RNA凝胶印迹分析表明,OsITL1基因的表达在转录水平上受NaCl、干旱及ABA的诱导,OsITL1可能参与了一些非生物胁迫的应答过程,在逆境条件下的基因转录和磷酸肌醇信号转导途径的调控中起重要作用。     

杨树肉桂醇脱氢酶基因序列和表达模式分析及CAD4酶活性检测

应用生物信息学方法从杨树基因组数据库中筛选出19个杨树肉桂醇脱氢酶基因,它们聚为3类.序列分析表明,杨树CAD基因家族主要通过全基因组加倍和串联复制的方式进行扩张.杨树和拟南芥CAD家族共6对旁系同源基因,在较强的净化选择压力下进化.19个基因在杨树不同组织中均有表达,表达量较高的是PoptrCAD17、PoptrCA...     

小麦祖先种A组/D组与水稻基因组比较分析

为深入研究小麦祖先种乌拉尔图小麦、粗山羊草的遗传基础、分子结构、进化关系,试验将水稻基因组作为参考基因组进行Blast全基因组比较分析,筛选出8 259条长度4 kb以上的水稻同源核苷酸序列用circos软件和mauve软件作图。结果表明,小麦祖先种和水稻中存在大量同源核苷酸序列的同线性和共线性排列;祖先种与水稻基因共线性分析表明,3个物种间存在染色体上的共线性,共线性比例达80%以上,并用基因共线性关系对小麦祖先种染色体进化进行了阐述。     

一个木薯候选STK类抗病基因的分离及其生物信息学分析

根据丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类(STK)结构域Ⅰ和Ⅷ氨基酸保守序列设计了1对简并引物,以细菌性萎蔫病抗/感木薯种质E1340和GR911基因组DNA为模板,通过PCR扩增,均获得大小约0.5 kb的扩增片段。两个片段纯化、克隆、测序后获得完全一致的505 nt序列,比对发现,木薯种质AM560带有和该序列高度同源的核苷酸片段。对包括同源片段上下游各约2.0 kb的大片段序列进行基因预测,获得1个有4个外显子、ORF全长1866 nt的预测基因,命名SSK1。序列分析表明,该基因编码621 aa,有细胞壁受体激酶结合、偶联位点和8个跨膜结构域,具有典型的STK类抗病基因的保守结构,是一个候选的抗病基因,可能在木薯抗病反应中发挥重要作用。     

马铃薯SERKs家族基因的分离及其在植物免疫信号中的功能

【目的】对马铃薯体细胞胚胎发生类受体激酶(somatic embryogenesis receptor-like kinases,SERKs)基因进行克隆,通过序列分析和表达分析,初步探究马铃薯体细胞胚胎发生类受体激酶是否能够作为共受体在植物免疫防御应答中发挥功能.【方法】以拟南芥SERKs家族基因氨基酸序列同源比对马铃薯基因组数据库,找到了3个马铃薯SERKs家族基因.利用高效的Gateway技术,从马铃薯中克隆了StSERK1,StSERK3A和StSERK3B 3个马铃薯SERKs家族基因;以拟南芥免疫激活型突变体bak1-3 bkk1-1为背景,通过遗传学、分子生物学及生理生化的方法对3个马铃薯SERKs基因在植物免疫调控中的作用进行基因功能研究.【结果】结构域分析和遗传进化树结果证实,StSERK1、StSERK3A和StSERK3B均具有体细胞胚胎发生类受体激酶结构域特征.组织表达分析显示,马铃薯3个SERKs基因均能在植物中表达.遗传数据证实,3个马铃薯SERKs基因均能不同程度抑制bak1-3 bkk1-1免疫激活的表型.【结论】马铃薯StSERKs基因具有SERKs家族基因的典型保守结构域特征,能够参与植物先天性免疫应答.     

小桐子CDPK及相关激酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

基于小桐子基因组数据库,在全基因组水平对小桐子CDPK及相关激酶基因家族进行鉴定,并对其系统进化、基因结构、保守结构域、染色体定位以及器官与低温胁迫表达进行分析,为深入开展小桐子CDPK及相关激酶基因的功能鉴定及其在小桐子遗传改良中的应用提供依据。利用CDPK结构域的隐马尔可夫模型对小桐子蛋白质数据库进行相似性检索,经过Pfam与CDD在线工具的验证获得小桐子CDPK及相关激酶基因家族成员。利用不同的工具对CDPK及相关激酶基因进行生物信息学对比分析。通过小桐子器官与低温表达谱数据进行CDPK及相关激酶基因的表达分析。小桐子基因组中共检索到17个CDPK基因、5个CRK基因、2个PPCK基因、4个PEPRK基因以及1个CCaMK基因,各基因家族成员的基因长度、蛋白质等电点及亚细胞定位等理化参数具有家族特异性。序列比对与系统进化分析显示,5个基因家族都单独聚类,而CDPK与PEPRK基因家族又分别聚类为4个与2个亚族,且鉴定到小桐子CDPK家族成员的N-端可变区、激酶结构区、自抑区及EF-hand调控区4个保守结构域以及其他激酶成员的激酶结构域。同时,分别有21个与24个CDPK及相关激酶可能发生N-豆蔻酰化与N-十六烷酰化的修饰。染色体定位表明,小桐子CDPK及相关激酶基因不均匀地分布于10条染色体上,且存在JcCDPK7/JcCDPK9串联复制现象。转录组表达分析表明,29个CDPK及相关激酶基因中,有24个基因在叶片、根及种子中都有表达,而JcCDPK3、JcCDPK11、JcCRK3及JcCCaMK属于低温诱导高表达基因,与小桐子的抗冷性直接相关。     

Stomatal patterning and differentiation by synergistic interactions of receptor kinases

Coordinated spacing and patterning of stomata allow efficient gas exchange between plants and the atmosphere. Here we report that three ERECTA (ER)-family leucine-rich repeat-receptor-like kinases (LRR-RLKs) together control stomatal patterning, with specific family members regulating the specification of stomatal stem cell fate and the differentiation of guard cells. Loss-of-function mutations in all three ER-family genes cause stomatal clustering. Genetic interactions with a known stomatal patterning mutant too many mouths (tmm) revealed stoichiometric epistasis and combination-specific neomorphism. Our findings suggest that the negative regulation of ER-family RLKs by TMM, which is an LRR receptor-like protein, is critical for proper stomatal differentiation.     

主要农作物钾吸收转运基因及其进化关系分析

 【目的】发掘主要农作物的钾吸收转运相关基因，并分析其进化关系。【方法】利用比较基因组学研究手段，在GenBank、EMBL、DDBJ和PDB数据库中进行搜索，并对其同源性进行分析。【结果】在小麦、大麦、玉米、烟草等作物中，发现了具有编码序列（cds）全长的44个与K+吸收转运相关的基因。其中，在大麦、玉米、葡萄、蚕豆及烟草中发现的属于HAK/KUP/KT家族的基因8个；在大麦、小麦、玉米、马铃薯、番茄及烟草等作物中，发现属于AKT家族的基因27个；在大麦与小麦中发现属于HKT家族的基因4个；在大麦、烟草与马铃薯中发现属于KCO家族的基因4个；只有1个属于KEA家族的基因，是在玉米中发现的。在本研究中，首次确定玉米基因组计划中克隆得到的ZM_BFb0024K15、ZM_BFc0028P03属于HAK/KUP/KT家族，而ZM_BFb0207I17则属于KEA家族。对这44个K+基因所分别进行的同源性分析结果表明，它们与代表检索基因的同源性较高，序列相似性最低为33%，最高为84%。【结论】在农作物中，存在众多的钾吸收转运相关基因。其中，大部分基因与拟南芥的相关基因有相对较高的同源性。     

基于Perl脚本的大豆核苷酸序列高通量提取

自从大豆全基因组测序完成和序列公布之后,阐明每个基因的生物学功能和调控网络成为当前的主要任务。基于Perl脚本开发了一套可以高通量、快速提取序列的程序,该程序可以批量提取大豆染色体某个区间的核苷酸序列并利用其他工具进行批量分析,还可用于某个基因在全基因组中的所有序列分析。本研究分别对大豆第4染色体Glyma04g00930.1～Glyma04g01740.1区间的基因序列和水通道蛋白基因家族成员TIP(液泡膜水通道蛋白)序列进行提取。结果发现:Glyma04g00930.1～Glyma04g01740.1区间共含有112个基因序列;大豆全基因组共有91个TIP基因,在20条染色体上均有分布,且在第12染色体上分布最多,多达10个,暗示该染色体可能对大豆的水分利用效率起着重要作用,基因所含内含子数为1～8个。序列提取所用的2个脚本程序可以从http://www.zlhyd.com/sxbi/soybean_strict.rar下载。     

水稻DnaJ蛋白的生物信息学分析

DnaJ蛋白是一类很大的蛋白家族,因含有保守的DnaJ结构域而得名。本文对水稻DnaJ蛋白进行了生物信息学分析表明,水稻中共有101个DnaJ蛋白,分为典型的三大类。通过表达证据搜索发现,除了11个基因没有表达证据外,其他基因在水稻中都有表达。此外,对水稻的DnaJ蛋白家族进行了初步的进化分析。     

甜瓜持绿蛋白基因家族的全基因组鉴定及进化分析

持绿蛋白在调节植物叶绿素降解和衰老过程中起到非常重要的作用,利用公布的甜瓜基因组数据,使用生物信息学方法对甜瓜全基因组SGR基因的结构、系统进化关系、保守基序及表达谱进行分析。结果表明：甜瓜中共有4个SGR类型基因,命名为CmSGR01~CmSGR04,其蛋白质在167~257 aa之间,通过系统进化树分析,发现甜瓜与黄瓜属同一科,它们的SGR聚在一起,说明相对其他物种,二者的SGR蛋白在其他物种分化后进化较小;MEME软件分析发现了SGR因含有5个保守的基序。通过甜瓜SGRs基因家族的系统分析,为进一步阐明甜瓜中SGR蛋白结构及功能提供理论基础和有价值的资料。     

黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析

【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据，利用生物信息学手段，对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定，并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式，为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件，利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID，并利用在线工具Pfam和SMART进行验证，最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据，利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析，检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况，利用TBtools软件绘制表达热图，分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因，分布于7条染色体上，编码氨基酸个数在78—684，分子量8.70—73.82 kD；系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族，...     

一株牦牛源产细菌素植物乳杆菌SWUN5815全基因组测序及序列分析

旨在分析一株牦牛源植物乳杆菌SWUN5815的全基因组序列测序,并对该菌株的功能特性基因进行挖掘。基于PacBio RSII测序平台对乳杆菌SWUN5815进行全基因组测序分析和GO、KEGG、COG和NR数据库进行基因组基本功能注释。结果表明:1)植物乳杆菌SWUN5815的基因组大小为3.27 Mb,GC含量44.59%;2)预测到3 258个编码基因,编码基因总长度为2 814 147bp,平均长度为864bp;3)编码基因通过功能数据库对该菌株基因组基本功能注释和代谢通路基因信息注释得知,SWUN5815基因组中包括5个基因参与抗氧化活性过程,2个基因参与免疫过程;基因组中包含了抗生素、生物降解等代谢过程;可调控免疫和炎症的相关通路;基因组中含有18种已知细菌素基因;有4个合成ABC型细菌素转运系统的功能序列。综上,SWUN5815全基因组测序及分析挖掘其特异性功能基因有利于研究其益生特性提供基础,为菌株作为抗生素替代品的益生菌和饲料添加剂的应用研究提供了重要的参考数据。     

家蚕sirtuin家族基因的鉴定及系统发生与表达芯片分析

【目的】鉴于sirtuin家族基因重要而多样性的功能,从家蚕全基因组中鉴定sirtuin家族基因,并进行基因结构、蛋白结构及其理化性质、基因进化、组织表达芯片分析及在不同组织中的定量表达情况分析,为研究家蚕sirtuin家族基因的功能和推动家蚕模式生物系统化的研究奠定基础。【方法】基于家蚕基因组数据库,通过生物信息学手段,利用比较基因组学方法,鉴定家蚕sirtuin家族成员;开放阅读框（ORF）的预测用ORFfinder进行;使用SIM4进行ORF的内含子和外显子的预测;用GSDS和ExPaSy在线工具分别进行基因结构图和蛋白序列理化性质的预测;用CLUSTAL_X软件进行多序列联配及对其二级结构进行分析,并用ESpript进行二级结构作图;使用SMART在线软件进行蛋白功能域预测;MEGA5.0软件用于系统发生树分析;利用已有的家蚕幼虫5龄第3天的芯片数据进行组织表达分析;利用荧光定量PCR技术检测家蚕sirtuin家族基因在5龄第3天幼虫不同组织中的表达情况。【结果】系统分析鉴定了家蚕中存在的5个sirtuin家族基因（Bmsirt2、Bmsirt4、Bmsirt5、Bmsirt6、Bmsirt7）,共分为4类（I、II、III、IV）。5个基因分布在家蚕5条染色体上,均为单拷贝基因。基因结构分析显示5个基因均为多外显子基因。同源比对和系统进化分析发现家蚕的sirtuin家族基因与类群中其他昆虫的同源基因形成明显的直系同源关系且高度同源,同样不含有sirt3。蛋白结构预测发现家蚕的sirt6与其他物种的sirt6蛋白一样含有两个sir2结构域聚在一起。组织表达芯片分析发现,sirtuin家族基因在多个组织中具有转录活性。荧光定量PCR检测结果显示家蚕的Bmsirt4在脂肪体、丝腺中低表达;Bmsirt5在精巢、中肠中高量表达,在脂肪体、血液、丝腺中低量表达,与芯片数据基本一致。【结论】通过全基因组分析,家蚕共有5个sirtuin家族成员,进化上分为4类,且与其他昆虫高度同源,芯片数据和实时荧光定量 PCR 结果基本一致,分析表明组织表达模式具有多样性。     

水稻基因克隆技术及其应用

水稻全基因组测序工作的完成是水稻基因和基因组研究史上的一个重要里程碑.基因组测序计划完成之前水稻的基因克隆技术主要是针对单个或少数几个基因进行,而水稻基因组计划完成之后其基因克隆技术则以大规模、高通量为特征.