谷子TCP转录因子家族成员鉴定与生物信息学分析

[目的]鉴定谷子TCP转录因子家族成员,并进行生物信息学及组织表达特性分析,为探究谷子TCP转录因子在植物生长发育、激素信号途径和生物胁迫中的生物学功能提供理论依据.[方法]通过HMMER构建隐马尔可夫模型,在谷子蛋白数据库中搜索含有TCP特征性结构域的TCP蛋白,对其理化性质、保守基序和系统发育进化进行分析,并对其基因结构、启动子顺式作用元件及组织表达特性进行分析.[结果]从谷子蛋白数据库中共鉴定出23个TCP转录因子(编号SiTCP1~SiTCP23),氨基酸数量为95~451个,分子量为9743.9~46502.6 Da,理论等电点(pI)为4.2682~11.8710,其编码基因在9条染色体上呈不均匀方式分布.23个谷子TCP蛋白被分为3个亚族,其中GroupⅠ和GroupⅢ中各有10个TCP蛋白,GroupⅡ有3个TCP蛋白.谷子TCP蛋白保守基序的组成存在一定差异,但亲缘关系较近的蛋白具有相同的保守基序,部分谷子TCP蛋白含有特殊的基序;除SiTCP5、SiTCP20、SiTCP18和SiTCP22外,其余TCP蛋白均含有保守Motif 1和Motif 2.除SiTCP1、SiTCP6和SiTCP14基因仅包含1个内含子外,其余TCP基因均无内含子,且亲缘关系较近的基因具有相似结构.谷子TCP基因的启动子含有光应答元件、激素响应元件、应激响应元件及分生组织表达应答元件等.谷子TCP基因在不同组织中具有特异性,且大部分TCP基因在穗状花序和茎中高效表达.[结论]同亚族的谷子TCP转录因子家族成员具有相似的保守基序和基因结构,推测其在激素信号途径、应答非生物胁迫(干旱和低温)及生长发育中发挥重要作用.     

芥菜全基因组中Hsf基因家族鉴定与分析

【目的】通过鉴定与分析芥菜基因组中Hsf转录因子家族成员,为芥菜Hsf基因功能研究与遗传改良提高抗逆性提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析芥菜Hsf热激转录因子家族成员的功能结构、保守基序、启动子顺式作用元件、系统进化、共线性及采用RNA-seq验证Hsf低温胁迫的基因表达。【结果】芥菜基因组中鉴定出71个Hsf基因家族成员,分布于18条染色体上,归类为3个亚家族,蛋白均含有DBD和HR-A/B结构域。BjuHsf启动子区域包含与逆境胁迫、激素、生长发育等相关顺式作用元件。系统进化与共线性分析表明,芥菜Hsf家族成员与大白菜Hsf家族成员具有更近的亲缘关系。在低温胁迫下,BjuHsf基因表达分析表明8个BjuHsf基因显著上调表达。【结论】这些显著差异表达BjuHsf基因与芥菜抗寒性极其相关,可作为芥菜耐寒性遗传改良的候选基因。     

闽楠bZIP基因家族的鉴定与表达分析

【目的】基于闽楠全基因组数据对bZIP(碱性亮氨酸拉链)基因家族进行鉴定,并研究其在闽楠根系水分胁迫下的作用,确定关键调控基因。为进一步探究闽楠根系抵御逆境胁迫的分子机制提供了参考。【方法】利用生物信息学方法进行系统进化、保守基序、基因结构、启动子顺式势作用元件以及蛋白互作分析,并通过qRT-PCR验证基因在水分胁迫下的表达模式。【结果】在闽楠基因组中共鉴定出52个bZIP转录因子,划分为10个亚家族;顺式作用元件分析表明,PbbZIP可能响应光照、生物与非生物胁迫以及生长发育等生物学过程;转录组数据分析显示,PbbZIP15在干旱/水涝胁迫下的表达量较高,PbbZIP40在干旱胁迫下的表达量较高;qRT-PCR验证结果与转录组数据基本一致。【结论】PbbZIP15和PbbZIP40是调控闽楠根系水分胁迫的2个关键基因。     

单叶蔷薇bZIP转录因子家族鉴定与表达分析

【目的】筛选单叶蔷薇bZIP转录因子家族的成员，并研究其结构特点、共线性以及在不同器官中的表达模式，为进一步揭示该家族在单叶蔷薇生长发育及抗逆响应中的作用奠定基础。【方法】以采自新疆的单叶蔷薇叶片为试验材料，采用生物信息学方法，对单叶蔷薇全基因组和转录组信息进行分析，包括理化性质、系统发育、基因结构、保守结构域、染色体位置、共线性和启动子分析，以及在根、茎、叶、花、果实中的表达模式。【结果】从单叶蔷薇全基因组中共鉴定出50个单叶蔷薇bZIP转录因子家族成员，其蛋白质长度为149～700个氨基酸，分子质量为17.14～75.47 ku，等电点4.42～10.72，其中49个成员位于细胞核上。根据拟南芥bZIP转录因子家族的分类，将单叶蔷薇bZIP转录因子家族分为12亚族（A-K和S亚族），其中包括1对串联重复和7对片段重复；单叶蔷薇bZIP多含有1～15个与非生物胁迫有关的顺式作用元件。单叶蔷薇bZIP转录因子家族基因在不同器官中均有表达，各成员的表达量存在差异，其中Rbe013649在花中特异性表达，Rbe006639、Rbe028637在根中特异性表达，Rbe004215、Rbe028400、Rbe002636、Rbe002635在果实中特异性表达，Rbe011331在叶片中特异性表达。【结论】单叶蔷薇bZIP转录因子家族基因可能广泛参与各器官生长发育，其中Rbe013649可能调控花青素的合成，Rbe006639可能在抗旱过程中起重要作用。     

白花泡桐bZIP基因家族鉴定及其对丛枝植原体致病过程的响应

【目的】全基因组范围内鉴定白花泡桐(Paulownia fortunei)基因组中的碱性亮氨酸拉链转录因子(basic leucine zipper, bZIP)家族成员，并研究该家族基因在泡桐丛枝病发生过程中的作用。【方法】基于白花泡桐基因组图谱，利用隐马尔科夫模型、拟南芥bZIP蛋白质序列和本地BlastP程序，以E-value<0.001为阈值进行PfbZIP家族成员鉴定；使用MAGE7.0软件进行蛋白质序列比对及系统发育进化树构建，使用Tbtools软件进行基因结构及启动子顺式作用元件分析，并利用泡桐丛枝病发生前后及恢复过程中的转录组数据筛选与泡桐丛枝病发生相关的基因。【结果】鉴定到PfbZIP基因家族共有89个成员，根据系统进化分析将该家族基因分为13个亚家族；共线性分析发现该家族内发生了63次片段复制事件；顺式作用元件分析表明，PfbZIP基因家族可能响应光照、植物激素调控、生物与非生物胁迫等生物学过程。对泡桐丛枝病发生前后及恢复过程中的转录组数据分析发现，30个PfbZIP基因在发病前后显著差异表达，其中PfbZIP46基因表达在恢复过程中也有明显变化，故推测Pfb...     

西伯利亚杏全基因组CBF基因家族鉴定及低温胁迫下的表达模式

【目的】利用西伯利亚杏全基因组数据库鉴定CBF家族成员，并分析CBF转录因子保守域特点与功能及其在低温胁迫下的表达情况。【方法】根据西伯利亚杏全基因组数据库，利用BLASTP和HMM Search搜索西伯利亚杏CBF基因，通过CDD和MEME验证其保守结构域。使用Prot-Param、WOLF PSORT、MAGA X、Phyre2、PlantCARE等生物信息学工具分别分析蛋白理化性质、亚细胞定位、系统发育、蛋白三级结构、染色体定位及顺式调控元件。利用实时荧光定量PCR分析西伯利亚杏CBF基因在低温胁迫后的表达模式。【结果】本研究共鉴定出4个西伯利亚杏CBF基因，它们均具有AP2基因家族保守结构域PKKPAGR和DSAWR序列。西伯利亚杏CBF蛋白包含206～246个氨基酸，蛋白理论分子量平均值为25.80 KDa,平均等电点为5.92。PsCBF3和PsCBF4在基因结构上较为相似，亲缘关系更近。4个PsCBFs亚细胞定位均位于细胞核内。启动子顺式作用元件分析结果显示CBF家族成员可参与植物激素和非生物胁迫响应。西伯利亚杏CBF成员均属于酸性和亲水性蛋白。低温胁迫后，CBF基因主要...     

黄瓜R2R3-MYB亚家族鉴定及生物信息学分析

【目的】深入研究黄瓜Cucumis sativus R2R3-MYB亚家族成员的相关功能。【方法】利用生物信息学手段分析黄瓜全基因组,鉴定R2R3-MYB亚家族成员,对其系统进化关系、蛋白理化性质、染色体定位、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。【结果】黄瓜全基因组中含99个具有典型结构域的R2R3-MYB转录因子,蛋白序列含195～552个氨基酸,有保守基序及氨基酸位点;基因在染色体上分布不均匀;大部分亚家族成员蛋白质的不稳定指数大于40,属于不稳定蛋白。顺式作用调控元件分析发现：大部分基因启动子区所含元件与激素调节、MYB结合位点、胁迫密切相关。【结论】通过黄瓜全基因组鉴定,获得黄瓜基因组99个R2R3-MYB家族成员,分为30个亚组,映射于7条染色体上,该家族成员的上游启动子区含逆境相关作用元件。图7表1参36     

荔枝GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为揭示荔枝（Litchi chinensis）GFR基因的功能,对荔枝生长调控因子（LcGRF）基因家族进行了全基因组鉴定和分析,并研究其在荔枝中的表达模式。基于荔枝基因组数据库,使用生物信息学软件对LcGRFs家族成员进行全基因组鉴定,分析基本理化性质、染色体定位、基因结构、进化关系、蛋白保守基序、顺式作用元件和时空表达情况进行系统分析。共获得12个GRF基因,不均匀地分布在10条染色体上,内含子2～5个。蛋白保守基序分析发现,荔枝GRF蛋白均含有保守的motif1(WRC)和motif2(QLQ),进化分析LcGRF划分为5个亚家族,LcGRFs启动子上存在大量的光、植物激素、非生物胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。不同转录组表达模式结果显示,各个组织中呈现出多样化的表达特征,表明不同成员可能在荔枝不同生长发育过程中发挥调控作用,参与调节荔枝的生长发育。研究显示,荔枝GRF家族成员有12个,划分为5个亚家族。     

谷子XTH基因家族与抗旱相关基因的分析

[目的]木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶GH16家族,其家族成员可能在植物响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用,为深入挖掘谷子抗旱基因,进而选育谷子抗逆新品种,[方法]本研究利用生物信息学手段,对谷子XTH基因家族进行了分析。[结果]从谷子基因组数据库中鉴定出16个XTH基因。结构分析表明:SiXTH家族成员在基因结构及编码区序列上较为保守,含1~3个内含子;谷子XTH蛋白含有XTH家族典型的保守基序DEIDFEFLG;预测SiXTH基因家族成员在启动子区域含有响应逆境胁迫的顺式作用元件。在干旱胁迫下,通过比较两个谷子品种勾勾母鸡咀及晋汾16在干旱胁迫下基因的相对表达水平,我们发现了3个上调表达和1个下调表达的SiXTH基因。[结论]因此推测,同一类基因其基因结构及蛋白结构域相似,且XTH基因家族在谷子应答干旱胁迫的过程中起一定的作用,同时本研究也为深入探究XTH基因家族成员的功能奠定了一定的基础。     

谷子抗旱相关蛋白激酶基因家族鉴定及表达分析

[目的]蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶,普遍存在于植物体中,参与调控植物生长发育和抗逆等多种生理反应。本文旨在探究谷子响应干旱胁迫与蛋白激酶之间的关系,为谷子抗旱品种的培育提供参考。[方法]运用生物信息学方法,分析了谷子蛋白激酶基因家族的35个抗旱相关蛋白激酶基因的系统进化关系、基因结构、保守基序、保守结构域、启动子顺式元件以及在干旱处理下和不同组织中基因表达水平。[结果]这35个谷子抗旱相关蛋白激酶基因分布于8条染色体上,被分为4个亚家族;多数亲缘关系较近的基因,其外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域也较为相似,它们可能具有功能上的相似性;启动子元件分析发现,多数基因启动子区含有ABA响应元件(ABRE)和干旱诱导响应元件(MBS);组织特异性表达发现,SiPK20和SiPK25基因表现出显著的组织特异性表达模式,SiPK20在叶中表达量较高,SiPK25在根中表达量较高;干旱诱导基因表达分析显示,在抗旱品种勾勾母鸡咀中,干旱处理后SiPK1和SiPK4基因表达量显著上升,并且SiPK1、SiPK4启动子区域都含有较多的MBS元件,说明SiPK1和SiPK4极有可能参与谷子干旱胁迫响应,并且SiPK4在根中表达量较高。[结论]SiPK4可能通过调控谷子根部发育参与根部对干旱胁迫的应答反应,可作为抗旱相关的候选基因。     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

谷子GATA基因家族的鉴定及表达分析

本研究从谷子基因组水平鉴定出33个SiGATA成员,命名为 SiGATA1～ SiGATA33。利用生物信息学方法对谷子SiGATA家族的系统发育、基因结构、染色体分布、保守基序、蛋白三级结构和顺式调控元件进行预测和分析。结果表明,33个SiGATA转录因子被划分为3组,不均匀的分布在8条染色体上,多数含有CX_2CX_(18)CX_2C保守结构域;谷子GATA蛋白与单子叶植物水稻的同源性大于其他两种单子叶植物;蛋白三级结构分析表明,整体结构相似度存在差异,同组进化序列基因的结构相似度较高;顺式作用元件分析表明,SiGATAs启动子序列中存在调控生长发育、激素信号传导和逆境胁迫响应元件,其中 SiGATA15、 SiGATA22、 SiGATA31在干旱、厌氧诱导及脱落酸响应等元件中表达量较高,其在谷子生长发育及逆境响应过程中可能发挥了重要生物学功能。这些逆境响应及生长发育相关转录因子的挖掘,将为作物育种提供一定理论参考。     

大豆LIM转录因子家族鉴定及盐胁迫响应分析

为探究大豆LIM转录因子家族基因在应答盐胁迫中的功能,利用生物信息学方法,根据大豆全基因组数据,共鉴定出21个LIM基因,命名为GmLIM01～GmLIM21,分析大豆LIM基因家族的染色体位置、蛋白质的理化性质、进化关系、保守基序以及对非生物逆境胁迫的响应。结果表明,这些GmLIM基因在大豆20条染色体中的14条染色体上分布不均,片段重复是大豆LIM家族扩大的主要原因。根据系统发育进化分析,大豆21个LIM基因可分为5个亚家族,与其他9个物种的LIM基因一起构建进化树,也可分为5个亚家族。大豆的21个GmLIM基因共包含10个基序,大部分LIM蛋白含有motif 1、motif 2和motif 4这3个保守基序。此外,顺式调控元件的分析表明,在GmLIM基因的启动子序列中,与光响应、生长发育、植物激素和非生物逆境胁迫应答相关的调控元件非常丰富。定量PCR结果表明,在盐胁迫处理后大豆叶和根中GmLIM07、GmLIM17基因的表达量分别在3和6 h达到峰值,后随着处理时间的加长表达量下降。综上GmLIM基因在大豆的盐胁迫应答过程中具有重要的调控作用。     

茶树MYC基因家族生物信息学及其表达特性

采用生物信息学方法对茶树髓细胞增生蛋白(myelocytomatosisproteins,MYCs)基因家族成员的理化性质、进化关系、蛋白质结构、顺式作用元件进行分析,运用qRT–PCR技术研究MYC基因家族成员在茶树中的表达。结果表明：茶树MYC为不稳定蛋白、亲水蛋白、非分泌蛋白、非跨膜蛋白,均呈酸性;MYC基因家族6个成员都定位于细胞核中;基因家族二级结构主要以无规则卷曲和α–螺旋为主,均含1个外显子,无内含子,motif分布相似的成员,其三级结构也相似;茶树MYC基因和拟南芥的亲缘关系更近;茶树MYC家族基因启动子均主要含有光信号、茉莉酸甲酯和脱落酸等3个顺式作用元件。qRT–PCR分析显示,MYC家族成员主要在茶树的根和种子中表达,可能在茶树对硒吸收累积过程中发挥调控作用。     

银杏bHLH家族转录因子生物信息学及表达分析

以银杏基因组数据为基础,对银杏bHLH转录因子进行筛选和分析,从银杏基因组中鉴定出72条bHLH转录因子。进一步分析发现,不同bHLH转录因子序列长度和分子量差异较大,而理论等电点及亲水性等比较接近;各家族成员均含有N端碱性氨基酸区和C端的螺旋-环-螺旋区;该家族可分为17个亚家族,相同亚家族成员保守基序的类型十分相似。通过启动子分析发现,多数银杏bHLH基因启动子均含有光响应元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件等。表达分析结果显示,有7条银杏bHLH基因的表达具有组织特异性,有6条基因在各组织中表达水平都比较高,预测其在银杏生物学过程中具有十分重要的作用。     

谷子OFP基因家族的鉴定及表达分析

谷子是我国重要的粮饲作物,具有抗旱耐贫瘠的特点,OFP家族是植物特有的一类调节植物生长和发育的转录因子,参与调控植物的抗逆性。为了探索谷子OFP家族基因的特征和功能,通过基因定位、基因结构分析、motif预测、进化分析与顺式作用元件分析及亚细胞定位预测来解析谷子OFP家族基因的特征,分析谷子与拟南芥和水稻基因组中的OFP家族基因的共线性、选择压力,最后分析谷子OFP家族基因的表达模式。结果表明,共筛选到谷子OFP家族基因34个,分布在8条染色体上;进化分析发现,谷子OFP家族基因可以分为3个亚类;motif预测中共鉴定到8个motif基序;顺式作用元件分析发现,与干旱响应相关的OFP基因共22个;与拟南芥的5个基因、水稻的31个基因存在共线性;18个OFP家族基因被预测定位到细胞核内;谷子OFP家族基因在穗中表达量最多,干旱胁迫下的OFP基因大多表现下调,具有时空特异性。OFP家族基因Seita.2G184300、Seita.7G093000、Seita.3G008900的表达差异可能是造成豫谷1号和安-04抗旱性差异较大的原因之一。结果可为谷子OFP家族基因的功能研究提供基础。     

苦荞转录因子FtNAC15基因的克隆及表达分析

为研究NAC转录因子在苦荞中的功能,从苦荞发育种子中克隆了一个NAC家族基因,其开放阅读框全长1 098 bp,编码365个氨基酸,将其命名为FtNAC15。基因结构分析表明:FtNAC15基因由3个外显子和2个内含子组成。氨基酸序列多重比对和进化关系分析表明:FtNAC15蛋白与水稻ONAC003、拟南芥ANAC010和ANAC073亲缘关系较近,属于NAC家族转录因子家族中同一亚组。基因上游启动子序列顺势作用元件分析表明:该基因启动子中的顺式作用元件可以分为5类,即启动子核心元件、节律和光照响应元件、转录因子结合位点、非生物胁迫响应元件和激素响应元件。表达分析表明:FtNAC15基因在种子发育的成熟期和干旱胁迫下上调表达,表明其参与调控荞麦种子发育和响应干旱胁迫。     

谷子AMT基因家族的鉴定及生物信息学分析

铵态氮转运蛋白(AMT)是一种高亲和性的转运蛋白,对植物的生长和发育有着重要的调节作用。谷子作为耐贫瘠作物,鉴定谷子AMT基因家族成员及对其进行生物信息学分析,将为研究谷子AMT基因家族的分子功能奠定一定的基础。根据已经报道的拟南芥和水稻AMT基因,运用生物信息学方法在谷子xiaomi基因组上鉴定了谷子AMT基因家族成员,并分析其在染色体上的分布、理化性质和基因结构,同时基于不同组织中的基因表达量,构建谷子AMT基因的表达模式。结果表明,在谷子xiaomi基因组中共鉴定到9个AMT基因家族成员,分为4个亚族,均由α-螺旋、β-折叠、扩展链以及无规则卷曲4种形式组成;不同SiAMT基因家族间的等电点、亲水性、相对分子质量等理化性质存在差异。motif分析结果表明,Si AMT蛋白均含有motif 8、motif 6、motif 5;此外,Si1g19720.1、Si1g24430.1、Si5g39610.1、Si7g17570.1基因的启动子区检测到与植物生长发育、光照、激素、胁迫响应有关的顺式作用元件。表达谱分析结果发现,Si7g17570.1、Si3g20620.1、Si9g02830.1基因具有明显的组织表达特异性。研究结果可为深入探讨该基因家族的功能机制与表达调控提供一定的参考信息。     

光皮桦AP2/ERF基因家族鉴定与表达分析

  目的  深入研究AP2/ERF基因家族在光皮桦Betula luminifera生长发育及环境胁迫响应中的生物学功能。  方法  利用光皮桦基因组数据,通过生物信息学方法开展AP2/ERF基因家族鉴定、基因特征、系统进化、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白互作和表达分析。  结果  在光皮桦基因组中共鉴定到77个AP2/ERF基因,其编码的蛋白理化性质存在差异,大多数蛋白(60个)的理论等电点小于7.0。系统进化分析显示:这77个AP2/ERF转录因子属于5个亚家族,其中ERF亚家族最大,包含34个成员。光皮桦AP2/ERF各亚家族间的基因结构存在较大差异,其中AP2亚家族成员均具有6~9个内含子,而DREB亚家族基因则没有内含子;但AP2/ERF各亚家族内的不同成员具有相似的保守基序类型和分布。同时,AP2/ERF基因启动子上都存在大量与激素、调节、胁迫响应及生长发育相关的顺式作用元件。此外,互作网络分析预测不同的光皮桦AP2/ERF亚家族蛋白间存在广泛的互作关系。进一步的表达分析显示:绝大多数光皮桦AP2/ERF基因(71个)的表达存在较强组织特异性,且在高温胁迫下,多数ERF或DREB基因的表达发生显著变化,表明ERF和DREB基因在高温胁迫应答中可能发挥着重要作用。  结论  通过生物信息学分析获得光皮桦77个AP2/ERF基因,分属于5个亚家族。不同亚家族基因具有相似的基因结构、保守基序等特征。基因启动子区含激素、胁迫响应等相关的作用元件。基因表达具有较强的组织特异性,且多数ERF或DREB基因对高温胁迫有明显响应。图6表1参39