番茄LBD基因家族的全基因组序列鉴定及其进化和表达分析

【目的】从番茄全基因组中鉴定LBD基因,并进行基因进化、基因结构、染色体定位以及组织表达和诱导表达分析,为番茄LBD基因的功能研究与利用奠定基础。【方法】利用番茄基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定番茄LBD家族成员;采用MEGA5软件进行系统进化树分析;通过perl程序、MapDRAW及GSDS工具进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的番茄芯片数据进行组织表达谱和基因表达响应分析。【结果】系统分析鉴定了 46 个番茄LBD 家族基因,根据基因结构及系统进化分析将其分成class I与class II两类,细分为5个亚家族（Ia、Ib、Ic、Id与II）。基因定位表明,12 条染色体中的 10 条均有LBD 基因,该基因家族的分布具有广泛性。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,LBD 家族基因具有不同的组织表达模式,在各个发育时期均有LBD 基因的表达。基因响应分析发现,不同LBD基因响应不同的外界信号。【结论】通过全基因组分析,番茄LBD家族基因包括 46 个成员,在进化上分为两大类,5 个亚家族,分布于 10 条染色体上,组织表达模式及基因响应具有多样性。这些信息为番茄LBD基因家族的功能分析奠定了基础。     

大豆HMGR基因家族的鉴定与表达分析

[目的]3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是大豆皂苷合成途径的关键酶之一。从全基因组水平鉴定大豆HMGR基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用大豆HMGR基因家族生物学功能奠定基础。[方法]根据Pfam数据库中HMGR基因的保守结构域(编号PF00368),利用HMMER3.0、PFAM和SMART软件鉴定大豆基因组中的HMGR基因。采用ProtParam等软件对其基因和蛋白序列进行生物信息学分析。利用qRT-PCR方法分析GmHMGR基因在苗期根、茎、叶等不同组织中和籽粒不同发育时期的表达情况。[结果]大豆基因组中鉴定得到8个GmHMGR基因,分布于8条染色体上,编码80～608个氨基酸,相对分子质量介于8.23～64.96kD,理论等电点变化为4.89～8.24,二级结构中α螺旋和无规则卷曲所占比重较大,具有保守的基因结构和蛋白功能域。qRT-PCR分析表明,相比于其它GmHMGR基因,GmHMGR6在苗期根、茎、叶中高度表达,籽粒发育过程中GmHMGR3基因在开花后40d表达水平最高,开花后70d大豆的成熟籽粒中GmHMGR6的表达丰度最高。[结论]大豆基因组中含有8个HMGR基因,具有保守的功能结构域和基因结构。GmHMGR基因家族在苗期根、茎、叶及不同发育时期籽粒中具有多样化的组织表达模式和时空表达特征。     

大豆脱落酸受体基因家族鉴定、系统发育进化及表达模式分析

[目的]鉴定大豆脱落酸受体基因(GmPYLs)家族成员,并进行系统发育进化及表达模式分析,为深入研究该基因家族在大豆生长发育和非生物胁迫中的作用机制提供理论依据.[方法]以拟南芥PYLs基因(AtPYLs)家族成员序列为参考,从JGI和NCBI数据库鉴定出GmPYLs基因家族成员;利用生物信息学方法对该基因家族的组成、基因结构、保守性、系统进化、启动子区顺式作用元件及其编码蛋白理化性质和结构域等进行全面分析,并基于转录组测序数据,对GmPYLs基因家族成员的表达模式进行分析.[结果]从大豆全基因组序列中鉴定出21个GmPYLs基因,长度为500~4000 bp,分布在15条染色体上,编码蛋白的氨基酸数量为178~267个,分子量为19457.11~29105.43 Da,理论等电点(pI)为4.82~7.23,均为亲水蛋白,但稳定性存在明显差异,主要定位于细胞质中.GmPYLs蛋白的二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主.GmPYLs基因家族成员可分为四大组,同一组成员基因结构及其编码蛋白的氨基酸序列、三级结构、结构域和保守基序(motif)均相似.大豆、拟南芥、苜蓿和水稻的PYLs基因被分为五大类群(Ⅰ~Ⅴ),大豆、拟南芥、水稻和苜蓿的大多数PYLs基因归于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类群;Ⅳ类群含少量的拟南芥和大豆PYLs基因,而Ⅴ类群仅含少部分苜蓿PYLs基因.拟南芥与大豆直系同源基因对数量多于拟南芥与苜蓿直系同源基因对数量.21个Gm-PYLs基因的启动子序列主要包含响应逆境胁迫、调节生长发育及响应植物激素的顺式作用元件,且所有GmPYLs基因的启动子区至少含有1个植物激素响应元件,其中,以含ABA响应元件的GmPYLs基因数量最多.GmPYLs基因具有组织表达特异性,且品种间的表达模式也存在差异.[结论]GmPYLs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豆科植物分化以后,且大部分GmPYLs基因被保留,在响应非生物胁迫中存在广泛的潜在机制,尤其与激素响应密切相关.     

陆地棉CAD基因家族的进化和表达分析

[目的]对陆地棉CAD基因家族成员进行进化和表达分析,了解其在棉纤维发育中的作用.[方法]应用生物信息学方法,从棉花基因组中筛选出21个CAD基因,并对CAD的基因结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析.利用深度表达数据分析CAD基因在棉纤维发育各时期的表达.对比观察拟南芥cad5突变体和野生型根毛表型.[结果]同源性高的CAD基因复制对之间有相似的基因结构;片段重复和串联重复是CAD基因扩增的主要方式.进化分析可知,CAD基因可分为七个亚组,且功能相近的基因聚类在相同亚组.利用深度测序表达数据分析可知,CAD基因在棉纤维各个发育时期均有表达.对比拟南芥cad5突变体和野生型根毛发现,突变体相比于野生型有更长的根毛.[结论]CAD基因参与了棉纤维的发育的过程,并对棉花纤维发育起到一定的调控作用.     

大豆热激蛋白Hsp90家族基因鉴定及分析

热激蛋白Hsp90是广泛存在于微生物和动植物体中高度保守蛋白质之一,大量研究发现其参与生物体应答应激反应、信号转导、细胞周期调控、蛋白降解及转运等生理活动,具有重要研究价值,因此在许多物种中热激蛋白Hsp90基因家均被广泛关注和研究.但大豆中Hsp90基因家族详细信息尚不清楚,研究通过生物信息学分析发现共有13个Hsp...     

大豆BBX基因家族的鉴定及表达

【目的】对大豆（Glycine max）全基因组BBX（B-box）蛋白基因进行鉴定和生物信息学分析,探究其对非生物逆境胁迫的响应模式,为大豆BBX基因的应用提供参考。【方法】利用生物信息学方法鉴定大豆BBX基因家族成员,分析其保守结构域、系统进化树、基因复制关系、顺式作用元件、组织特异性表达和非生物逆境胁迫（干旱和100 mmol/L NaCl胁迫,均处理0,1,6,12 h）响应模式。【结果】大豆BBX基因家族（GmBBXs）有42个成员,分布在除2和16号染色体外的18条染色体上。保守结构域分析表明,GmBBXs在N端有一个或两个B-box结构域（B-box1和B-box2）,B-box1较B-box2保守;部分成员在C端存在一个CCT结构域。系统发育分析表明,GmBBXs家族成员分为5个亚家族,分别为B1+B2+CCT（Ⅰ型和Ⅱ型）、B1+CCT（Ⅲ型）、B1+B2（Ⅳ型）和B1（Ⅴ型）类型,其成员数量分别为3,8,6,18和7。共线性分析发现,在GmBBXs基因的扩展中存在串联复制和片段复制事件,且片段复制事件比例较串联复制大。GmBBXs基因启动子上含有多种顺式作用元件,如光应答元件、逆境胁迫应答元件和激素响应元件等。GmBBXs基因表达分析结果显示,GmBBXs在大豆根、茎、叶、花、荚果和种子中的表达存在差异,不同GmBBXs响应干旱和盐胁迫的方式不同,获得的36个GmBBXs基因表达数据可分为6种表达模式。【结论】在大豆中共鉴定得到42个GmBBXs基因,分布于18条染色体上,其结构域较为保守;GmBBXs的表达具有组织特异性,参与干旱和盐胁迫响应。     

鳌肢动物Wnt基因家族的全基因组与进化分析

Wnt蛋白是由Wnt基因家族编码的一类富含半胱氨酸的分泌性蛋白,在多种生物过程中扮演了至关重要的角色,如胚胎发育过程中细胞形态的分化,组织的再生,体细胞稳态维持以及免疫应答的调节。基于其功能的多样性和重要性,Wnt基因家族在多种后生动物中已经被广泛研究。但是,在节肢动物门中的螯肢动物中,仍然缺乏关于Wnt基因及蛋白的系统研究。在本研究中,从8种已有基因组或转录组资源的螯肢动物对Wnt基因家族进行了生物信息学鉴定和分析,共鉴定出87个Wnt基因家族成员。对Wnt蛋白序列结构的分析结果显示螯肢动物的Wnt蛋白包含高度保守的Wnt结构域、信号肽、跨膜区域或低复杂度区域;对Wnt基因在基因组上的位置分析表明螯肢动物的Wnt基因在基因组上的分布情况主要有两种模式,包括Wnt9-Wnt6-Wnt1基因簇和Wn5-Wnt7基因簇,此外还有一些在基因的方向和数量上有差异的物种特异性的分布;系统发育树的构建结果显示螯肢动物中的Wnt5,Wnt7和Wnt11亚家族有扩增现象,而Wnt3和Wnt10亚家族发生了丢失。本研究作为螯肢动物中第一个Wnt基因家族的全基因组研究,有望丰富螯肢动物基因组学的研究内容,为Wnt基因家族在节肢动物乃至后生动物中的和进化和功能的进一步研究提供有力的基础。     

大豆HSP20基因的鉴定及表达分析

HSP20是一种小分子热激蛋白,在植物生长发育和抗胁迫过程中发挥重要作用.研究利用生物信息学方法对大豆中56个GmHSP20家族基因进行了鉴定,并对其理化性质、基因结构、进化关系、启动子原件以及表达模式进行了分析.56个家族基因分为11个亚族,分布在18条染色体上;氨基酸长度不一、分子量和等电点变化范围比较大;启动子原...     

小麦RCAR基因家族的鉴定、进化与逆境响应

研究小麦RCAR基因家族的进化与逆境响应,有助于阐明RCAR基因抵御逆境胁迫的调控机制。根据保守结构域在小麦基因组中鉴定出27个RCARs,除了第5和6同源群外,其余同源群均有分布。根据进化关系可分为6个亚组;GroupA和GroupB中12个TaRCARs均检测到快速进化,ω值分别为0.349和0.321,GroupA中3个位点经历了正选择,后验概率P0.99;TaRCARs启动子顺式元件主要有4类,分别参与非生物胁迫应答、光响应、激素响应和生长发育过程。比较RNA-seq表达谱发现TaRCAR1、TaRCAR2、TaRCAR4和TaRCAR7是组成型表达,其余基因的表达具有组织特异性;在干旱和热胁迫下RCARs响应模式不同,除TaRCAR3和TaRCAR6在热胁迫后12 h内表达提高外,TaRCAR1、TaRCAR3和TaRCAR6均在干旱胁迫和热胁迫后6 h内提高,TaRCAR5在干旱胁迫后表达上调,TaRCAR7在热胁迫时表达下调。     

野生大豆和栽培大豆的根尖细胞核型与进化

对野生大豆和栽培大豆根尖细胞核型的研究结果表明，二者的染色体数目均为２ｎ＝４０，但在核型上有差异，并有从野生大豆的较对称核型向栽培大豆的不对称核型过渡的趋势；从二者的核型推出试验中各大豆材料的进化程度由低到高排列顺序为：野１０５２、野１０５５、野１０５７＜野１０５８＜野１０６０＜苏８５－６，这一结果与根据种子性状得出的进化顺序相一致     

栽培大豆GRAS转录因子家族基因鉴定及其盐胁迫下表达模式分析

利用生物信息学手段及转录组测序方法对大豆78个GRAS家族基因进行系统分析.染色体定位结果表明78个GRAS基因不均匀地分布在20条染色体上.通过系统进化分析将大豆GRAS家族分为11个亚族.基因结构和保守基序分布分析结果表明GRAS家族成员在进化上具有保守性,尤其是进化关系较近的成员多具有类似的基因结构和蛋白质结构....     

萝卜ALMT基因家族的鉴定与表达

为探究萝卜铝激活苹果酸转运蛋白(ALMT)家族成员对生物和非生物胁迫的响应,本研究通过生物信息学方法对萝卜ALMT家族成员进行鉴定,并利用转录组数据对其进行表达分析.结果显示,萝卜基因组中包含17个ALMT基因,分布于8条染色体.该家族成员外显子数量为5～7个,预测N-端含有5～6个跨膜结构,在染色体上的分布不均匀.萝...     

大豆LAZ1基因家族鉴定与GmLAZ1-9基因的功能研究

通过在大豆基因组数据库中比对,获得大豆LAZ1基因家族成员,开展生物信息学分析与表达模式检测,并利用转基因拟南芥进行基因功能验证.结果显示:共鉴定到17个大豆LAZ1基因,即GmLAZ1-1～Gm-LAZ1-17.这17个GmLAZ1基因不均匀地分布在大豆的12条染色体上,在进化树上可分为3个亚家族,同一亚家族成员具有...     

大豆MIR156基因家族起源与进化模式研究

Micro RNA(mi RNA)是小分子RNA,参与靶基因转录后调控,长度通常为20~22 nt。MIR156基因在植物中分布广,是目前已知第一个与植物年龄有关的小分子RNA,表达量随植物年龄增长而逐渐减少,对植物生长发育起重要调控作用。研究基于古多倍体大豆基因组共线性分析,结合mi RBase收录数据和预测获取的基因,从进化角度对该基因家族进行系统分析。通过对大豆MIR156基因家族成员分布、复制模式、扩张模式和分子系统发育分析,揭示这一古老基因家族基本起源模式。结果表明,该家族由多个祖先基因起源,以全基因组复制及大片段复制等方式发展。研究从方法和结论上对系统分析植物小分子RNA起源和进化具有重要意义。     

大豆NUDX基因家族全基因组分析

【目的】利用大豆基因组Wm82.a2.v1,以拟南芥NUDX基因序列作为参考,通过全基因扫描,在大豆基因组中鉴定大豆NUDX基因家族。【方法】通过比对不同植物NUDXs蛋白序列,分析其保守结构特征,并采用模式匹配的方法分析大豆中具有相同结构的蛋白。利用ProtParam、TargetP1和WoLF-PSORT在线程序,分析候选基因编码蛋白质的亚细胞定位,根据多序列比对结果,利用MEGA5.1进行系统进化分析,最终根据大豆转录组数据对上述挖掘到的基因的表达模式进行分析。【结果】在大豆基因组中共找到69个推定的NUDX基因,分布于20条染色体上,其中56个具有单nudix水解酶结构域。对这69个基因的系统进化分析表明,大部分的GmNUDXs具有2个拷贝,且在大豆基因组上成对出现,这反映出了古老的基因组复制事件。对69个基因的表达分析表明,GmNUDXs在大豆中的表达不具有组织特异性,但表现出了明显的丰度变化:69个基因中:24个基因具有高表达丰度,26个基因具有中等表达丰度,10个基因具有较低表达丰度,9个没有发现表达序列,表明这9个基因可能为假基因。【结论】从大豆基因组数据库中挖掘到69个GmNUDXs,分布于大豆的20条染色体上,在大豆中可能具有多种功能。     

乙烯对大豆产量及花器官发育的影响

    以大豆品种铁丰31为试验材料,探讨不同浓度乙烯抑制剂AVG(aminoethoxyvinylglycine)和促进剂ACC(1-aminocylopropane-1-carboxylic acid)对大豆花形态、花粉及单株产量等的影响.结果表明,供试品种经AVG处理后,与对照相比.成花量、花长度、花瓣长度、雄蕊柱长、花粉量、花粉管长度、秸杆重、单株荚数和单株产量随浓度增加而上升,花粉败育率下降,ACC处理的效果与AVG相反.两种处理对大豆花粉萌发率无明显影响.花粉扫描电镜结果显示,AVG处理的花粉长度增加,ACC处理的花粉部分出现扭曲与变形.     

苹果多胺氧化酶(PAO)基因家族鉴定与表达分析

从金冠基因组数据库中,利用BLAST网站在苹果中鉴定得到8个编码多胺氧化酶(polyamine oxidase,PAO)的家族基因(命名为MdPAO1~8),对其进行理化性质、系统进化、蛋白结构、基因结构和启动子元件分析。结果表明,MdPAO蛋白的分子量为54.053~64.813 ku,等电点介于5.16~6.02。根据进化树分析,MdPAO被分为3个亚家族(Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ),且同一亚家族的成员具有相似的蛋白结构、基因结构和蛋白保守基序分布。利用GEO数据库检测出8个MdPAO在不同组织器官中的表达具有明显差异。以苹果主栽品种长富2号为材料,利用实时荧光定量PCR检测分析得出8个MdPAO在不同组织中的表达情况,结果表明,MdPAO3、MdPAO4、MdPAO5/6和MdPAO8在花中有较高的表达水平;MdPAO1/2和MdPAO7在茎和果中有较高的表达水平。外源亚精胺处理后发现,除MdPAO3以外,其余MdPAO的转录水平显著提高,表明MdPAO在PA代谢途径中具有重要作用。