一个番茄细胞分裂素受体类激酶基因的生物信息学分析

利用生物信息学的方法从番茄的基因组中解析得到一个与拟南芥渗透胁迫相关的细胞分裂素受体类激酶HK1高度同源的基因,命名为LeHK1,并对它的序列结构、蛋白基序、启动子区的顺式元件和基因的遗传进化进行了分析。结果显示,番茄基因LeHK1编码的蛋白具有组氨酸蛋白激酶的结构特征,而且在进化上与拟南芥的渗透胁迫感受基因AtHK1分属同一个类群。从基因顺式反应元件分析来看,番茄基因LeHK1具有多个响应不同环境信号如热、干旱、激素信号的顺式元件,预示这个基因在环境响应和植物生长发育过程中具有重要功能。     

水稻DA1基因的生物信息学分析

本文采用比较基因组学和生物信息学的方法,首次从水稻基因组中鉴定出一个与拟南芥控制种子和器官大小的基因DA1同源的基因,命名为OsDA1,并对这个基因的序列特征、编码蛋白的结构域、顺式元件以及遗传进化进行了分析。结果表明,OsDA1编码的蛋白具有LIM结构域、泛素互作位点和锌指结构域,与拟南芥DA1蛋白的结构一致,推测二者在控制器官发育上具有类似的功能。本研究还发现,在水稻OsDA1基因的启动子区存在多个响应不同激素和逆境信号的顺式元件,但这些元件的类型与拟南芥DA1基因的顺式元件有所不同,OsDA1与AtDA1可能在表达调控上有所不同;OsDA1基因不仅能够控制种子等器官的大小和发育,而且还可能与植物的激素信号转导和逆境响应有关。本文为下一步研究OsDA1在水稻生长发育和逆境响应中的功能以及与水稻杂种优势的关系奠定了基础。     

大白菜DA1基因的生物信息学解析

运用比较基因组学的方法,首次从大白菜基因组中鉴定出一个与拟南芥中控制种子和器官大小的基因DA1同源的序列BrDA1,并对这个基因和编码蛋白的结构以及顺式反应元件进行了系统分析。结果表明,BrDA1具有LIM家族和锌指蛋白的结构特征,而且还有和泛素互作的位点,可能具有和AtDA1相似的功能。另外,本研究还发现,在大白菜和拟南芥DA1基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。这说明,植物DA1基因不仅与种子和器官发育有关,而且与激素信号转导和逆境响应存在密切关系。本文为进一步研究DA1基因在大白菜生长发育和逆境响应中的功能以及与大白菜杂种优势的关系奠定了基础。     

两个大白菜FT基因的生物信息学解析

本文利用比较基因组学的方法从大白菜的基因组中解析出两个成花素基因brft1和brft2,并对这两个基因的结构、顺式调控元件以及遗传进化进行了分析。结果表明,brft1和brft2都含有4个外显子,编码区大小均为528 bp,二者预测编码蛋白的序列一致性为90.29%, 说明这两个基因序列存在某种程度的分化。进化分析表明这两个基因应为拟南芥ft和tsf基因的直系同源基因。另外,这两个基因都含有响应激素和逆境信号的顺式调控元件,而且不尽相同,说明这两个基因的表达调控有所不同,可能在功能上存在一定分化。本研究为进一步揭示大白菜ft基因在开花和逆境响应中的功能奠定了基础。     

蒺藜苜蓿MtPEAMT基因克隆及其序列比对分析

从蒺藜苜蓿中克隆得到磷酸乙醇胺甲基转移酶(PEAMT)的编码序列和启动子序列,通过序列对比,对蒺藜苜蓿、拟南芥、番茄等14种植物PEAMT的核苷酸序列及氨基酸序列进行分析.结果显示,蒺藜苜蓿与其他13种PEAMT的基因结构十分相似,除大豆PEAMT外,均含有12个外显子和11个内含子.14种PEAMT蛋白质长度为475～501个氨基酸,分子量为53.86～57.09 ku,等电点均小于7,为亲水性蛋白.14种PEAMT均无跨膜结构,无信号肽,均定位于细胞质.蒺藜苜蓿PAEMT在其N端和C端各有一个保守的甲基转移酶结构域,并包含4个SAM依赖性基序(I、p-I、II、III).14种植物PAEMT严格按照生物种属进行聚类,其中蒺藜苜蓿PEAMT和木豆PEAMT的亲缘关系最近.蒺藜苜蓿PEAMT易被蛋白激酶C、EGFR激酶、蛋白激酶A、cdc2等激酶磷酸化.蒺藜苜蓿与其他13种PEAMT的启动子区域均含有一些逆境响应元件和植物激素响应元件.综上所述,植物PEAMT在进化过程中十分保守,都具有响应植物非生物胁迫的特性.     

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.     

拟南芥和大白菜YABBY蛋白家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是一类含有C2C2锌指结构域和YABBY结构域的转录因子,在植物叶器官发育过程中起到重要的调控作用。本研究利用生物信息学的方法对拟南芥和大白菜YABBY基因家族的结构、系统进化、序列保守性以及顺式反应元件进行了分析。主要结果如下:YABBY基因在拟南芥和大白菜染色体上呈不均匀分布;基因的结构以含有6个内含子为主要形式;所有拟南芥和大白菜YABBY基因都具有保守的C2C2锌指结构域和YABBY结构域;YABBY蛋白家族在进化上可分为4个不同的亚组;YABBY基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。本文为进一步研究YABBY基因在大白菜叶球发育中的调控作用和逆境响应中的功能奠定了基础。     

芫荽NPR1-like家族全基因组鉴定及分析

为研究芫荽NPR1-like基因家族的进化和功能,利用生物信息学手段,从芫荽全基因组中鉴定出7个NPR1-like基因,将其命名为CsNPR1～7,并对其理化性质、系统发生关系、保守结构域、基因结构、启动子区顺式作用元件和表达模式进行预测和分析。结果表明,芫荽7个NPR1-like基因家族成员在进化上分为CladeⅠ、CladeⅡ和CladeⅢ共3个分支,序列中有典型的BTB/POZ和锚蛋白重复结构域,含有1～3个内含子。芫荽NPRs不仅在蛋白序列中涉及构象变化、核定位及水杨酸(SA)结合等核心功能位点与拟南芥高度保守,而且在基因结构上也与拟南芥NPRs相似,暗示着二者可能具有类似的功能。CsNPRs基因启动子区域含有与激素响应、逆境胁迫和植物生长发育相关的顺式作用元件。基因表达分析结果显示,CsNPRs的表达部位和时期各不相同,暗示着芫荽NPR1-like基因家族成员可能在调控芫荽不同组织和不同时期生长发育过程中发挥不同作用。     

玉米器官大小相关基因SMO2的鉴定和特征分析

利用生物信息学方法,从玉米基因组中鉴定出一个与拟南芥的SMO2基因同源的基因,并对这个基因的染色体分布、遗传进化、顺式调控元件等进行了分析,以期为该基因的克隆及功能研究提供有益信息。     

两个甜瓜OST1基因的鉴定及特征分析

OST1在植物ABA信号转导、非生物逆境应答和生长发育过程中具有重要功能,但有关甜瓜OST1的研究尚未见报道。本研究利用比较基因组学的方法从甜瓜基因组中鉴定出2个与拟南芥OST1直系同源的基因,并对它们的序列特征、遗传进化和顺式调控元件进行了系统分析。结果显示,这2个基因位于不同的染色体上,均含有9个外显子,编码蛋白的序列一致性为80.38%,且与黄瓜相对应的同源基因序列高度保守。二者的上游序列都含有多个应答不同激素和逆境的顺式调控元件,暗示其具有多样的生物学功能。本文为研究甜瓜OST1在逆境应答和生长发育中的功能奠定了基础。     

大白菜LEAFY新基因BrLFY1的生物信息学解析

利用比较基因组学的方法从大白菜基因组序列中鉴定出一个新的LEAFY基因BrLFY1,并对它的序列特征、遗传进化和顺式元件进行了分析。结果表明,BrLFY1含有两个内含子,预测编码区为1260bp．编码一个分子量为46．38ku的蛋白。在进化上,BrLFY1与萝卜的RsLFY1关系最近,二者预测编码蛋白的序列一致性高达94．79％。另外,在BrLFY1的上游序列中存在多个激素和逆境应答元件。这说明大白菜LEAF-y基因BrLFYI的表达可能不仅受多种激素的调节,还受多种逆境因子的影响。本研究为进一步研究BrLFY1在大白菜开花和逆境响应中的功能奠定了基础。     

巴西橡胶树HbNAC1转录因子互作顺式作用元件的筛选

巴西橡胶树HbNAC1转录因子可能与脱水信号诱导的橡胶乳管分化相关,此外,HbNAC1能结合Hb SRPP的启动子并调控该基因的表达,因此可能是一个橡胶产排胶调控相关基因。笔者首先构建多个顺式作用元件的p Ab Ai酵母单杂载体,然后构建HbNAC1转录因子的p GADT7-Rec2-HbNAC1载体,2种载体共转化Y1H Gold酵母菌株,然后通过酵母单杂交筛选与HbNAC1互作的顺式作用元件。结果表明,HbNAC1可结合JRE,CACG和ABRE顺式作元件并激活报告基因AUR1-C的表达。本研究结果为鉴定HbNAC1转录因子的靶基因,研究其下游基因的表达调控提供重要的线索。     

植物盐胁迫相关信号转导机制的研究

植物的抗盐反应是一个复杂的过程,受许多基因的调控,外界的高Na＋通过IP3诱导胞内Ca2＋的升高,SOS3接收Ca^2＋信号,激活SOS2的激酶活性,SOS2通过调节位于质膜和液泡膜上的Na＋/H＋反向转运体把Na＋运到体外或液泡中,ABA、ROS、AtHK1、MAPK级联反应和LEA也参与盐胁迫造成的渗透胁迫和损伤的反应过程,但是要通过生物学手段利用盐信号传递过程中一些成分提高作物的抗盐能力,还需要对植物盐胁迫相关信号转导机制进行更加深入的研究.     

毛竹IDD基因家族启动子分析

IDD基因家族编码一种混合型的转录因子,多数参与植物的生长发育.真核基因的表达受多种因素的调控,其中启动子在转录水平上的调节作用至关重要.本研究截取毛竹IDD家族8个基因(Ph IDD1-2,Ph IDD4-8和Ph ID1)起始密码子前2 000 bp序列,顺式作用元件分析显示,这些基因启动子中均存在TATA框和CAAT框,除此之外,上游调控区域还存在光响应元件、激素响应元件、逆境胁迫元件以及其他响应元件,其中有些元件是某个基因所特有的,表现出该基因家族各基因独特的表达模式,也表明该家族基因的功能分化,参与植物发育的各个阶段.     

CaKR1上游启动子分离及其表达分析

运用基因组步移技术分离获得了CaKR1基因上游-1594 bp的启动子序列,命名为CaKR1p,发现其中含有SA、ABA、低温等信号应答原件以及其它诸如W盒等应答逆境胁迫的调控原件。进一步构建CaKR1p与GUS报告基因融合的植物表达载体,获得了烟草转基因植株及其相应的T1代株系,利用T1代转基因株系分析了CaKR1p在几种外源激素处理下的GUS基因的表达,结果表明外源激素SA、JA和ABA的诱导处理均可激活该启动子下游报告基因GUS的表达,说明CaKR1的表达和作用受到SA、ABA以及JA等信号通路调节。     

天宝蕉HOS1基因启动子克隆及生物信息学分析

以天宝蕉叶片为材料,分离天宝蕉HOS1基因的启动子,并进行生物信息学分析。结果表明:天宝蕉HOS1启动子与马来西亚小果野蕉HOS1启动子序列相似性达到92.43%,并含有35种类型顺式作用元件,其中含有多种类型的激素应答作用元件和非生物胁迫有关的顺式作用元件,可能与天宝蕉的冷胁迫应答有密切关系;天宝蕉HOS1启动子预测含有2个CpG岛,暗示天宝蕉的冷胁迫应答与甲基化也有密切的关系。     

逆境诱导基因GsSNARE1的耐逆功能分析

【目的】分离GsSNARE1,并分析其耐逆功能,为深入研究GsSNARE1功能及分子机制奠定基础。【方法】以耐盐野生大豆G50109为材料,利用酵母双杂交验证GsSNARE1与GsCBRLK的互作关系,通过real-time PCR分析干旱和盐处理后GsSNARE1的表达特性,对GsSNARE1进行原核表达,分析GsSNARE1抗盐旱功能。【结果】获得与GsCBRLK互作的GsSNARE1,同源克隆其全长CDS,并在酵母体内验证了二者的相互作用;Real-time PCR分析表明GsSNARE1受盐、干旱胁迫诱导,经PLACE分析,发现其启动子中含有多个逆境胁迫相关的顺式作用元件;GsSNARE1在植物不同组织中均表达;GsSNARE1的表达降低了重组菌对盐、干旱胁迫的耐性。【结论】验证了GsSNARE1与GsCBRLK的互作关系,GsSNARE1在不同组织中均表达,且受盐、干旱胁迫诱导,GsSNARE1的表达降低了重组菌耐盐、耐旱能力。     

水稻WRKY80转录调节蛋白基因的分离与表达模式

【目的】分离水稻WRKY80,分析其编码蛋白的序列结构特征,了解其在各器官中以及病原接种、激素处理下的表达模式,为阐明其生物学功能奠定基础。【方法】基于水稻基因组数据库注释的Loc_Os03g63810基因的编码序列设计特异引物,用RT-PCR法从茉莉酸甲酯（MeJA）处理的水稻叶片中克隆WRKY80 cDNA 序列,运用生物信息学手段对推定的蛋白和启动子序列进行分析,用Northern杂交或实时荧光定量PCR方法研究基因的表达模式。【结果】 获得了WRKY80 cDNA序列,长1 392 bp,包含1个长1 164 bp 的完整开放读码框,编码387个氨基酸。WRKY80具有1个典型的WRKY 保守结构域,锌指类型为C2H2,归类于WRKY 第Ⅱ组;C-端为酸性结构区,且含连续的6个谷氨酰胺和8个丝氨酸,提示具有转录激活活性;预测其定位于细胞核。WRKY80与玉米和高粱等单子叶植物WRKY 的氨基酸序列同一性较高。WRKY80在各器官中组成性表达,在叶、根和穗中表达丰度较高,花中次之,在茎和颖果中丰度较低,且表达具有发育阶段相关性,在成熟叶、根中的表达分别高于幼叶和幼根;受稻瘟病菌、纹枯病菌、MeJA和乙烯利诱导表达,而水杨酸对其表达无影响。其表达模式与启动子顺式元件预测分析的结果基本一致。【结论】WRKY80具有转录因子的结构特征,推测其可能通过茉莉酸/乙烯介导的信号途径参与水稻的防御反应,也可能参与发育调控。