杨树TLP基因家族的生物信息学分析

[目的]分析预测杨树类甜蛋白(TLP)基因家族功能,为杨树TLP蛋白的差别研究、功能基因发掘及遗传性状改良提供理论依据.[方法]从Phytozome数据库搜索杨树TLP基因家族序列,并依据Pfam数据库进行筛选鉴定,利用生物信息学方法对其编码的蛋白氨基酸序列进行预测分析.[结果]从Phytozome数据库中筛选获得50个TLP基因家族序列,其编码的蛋白分子量10.19~74.09 kD,氨基酸数量98~672个,等电点(pI)4.15~9.12,大部分为亲水性蛋白和不稳定性蛋白,在细胞内外均有分布,并具有thaumatin蛋白家族的保守结构域,其中42个成员能形成与抑菌有关的酸性侧翼区域,且大多数成员具有FF motif结构和5个保守的REDDD氨基酸残基,但少数氨基酸残基发生改变.50个杨树TLP基因家族成员可分为4个进化组,各进化组成员的蛋白理化特性和亚细胞定位不完全一致,且功能域结构和motif结构也具有多样性,各进化组成员间差异与进化程度总体上呈正相关.根据motif结构和功能域结构可将所有成员分别分为7组和4组,但分组结果与系统发育进化结果并不完全一致.[结论]杨树TLP蛋白家族成员存在序列保守性和进化性,特异表达呈多样性,具有抗菌活性,但作用机制存在差异.     

木质素生物合成酶4CL基因的遗传进化分析

【目的】4CL是木质素生物合成途径中的关键合成酶,通过对4CL基因的遗传进化分析,为其研究和利用提供理论依据。【方法】利用生物信息学手段,对4CL基因完整cDNA和编码氨基酸序列进行数据挖掘,利用Mega软件、ExPASy的Prosite数据库、NCBI的Conserved Domains数据库,进行4CL基因核酸和蛋白质水平上的遗传进化分析。【结果】构建了4CL基因的系统发生树,揭示出植物中的4CL基因聚类与植物分类大体一致,主要以基因家族的形式存在,但基因家族中部分基因存在着结构和功能的分化,4CL基因中存在着GC含量偏高和偏低两大类基因。4CL基因编码的氨基酸序列保守区高度相似,但是在单、双子叶两大类植物之间,其氨基酸平均含量存在着较大差异。【结论】在植物的进化过程中,虽然4CL基因较保守,但部分4CL基因发生了分化,体现在基因的结构和功能方面,在4CL基因的研究中必须充分考虑到这种分化。     

油菜miR169基因家族的生物信息学分析及靶基因预测

为了解油菜miR169基因家族,采用生物信息学的方法对油菜miR169基因家族成员的染色体位置、分子进化、前体序列的保守性、启动子和靶基因进行了分析。结果表明:油菜miR169基因家族成员分布在9条染色体上;系统进化分析表明,这些基因共分成2个组;其前体序列在形成成熟miRNA的位置高度保守;油菜miR169基因家族上游启动子主要元件有13个,数量最多的是胚乳表达元件、厌氧胁迫元件、热响应元件和MBS;油菜miR169基因家族的靶基因一共有16个,大部分属于NF-YA基因家族。该结果为进一步研究油菜miR169基因家族的功能奠定了基础。     

野桑蚕不同组织细胞色素P450 CYP305B1V1基因的诱导表达特征研究

[目的]研究不同诱导物对野桑蚕各组织中细胞色素P450CYP30581V1基因表达的影响。[方法]参照GenBank中公布的野桑蚕CYP305B1V1基因的mRNA序列,设计1对引物,采用半定量RT-PCR方法分析经NaF、芸香苷、氯氰菊酯和蜕皮激素处理的野桑蚕各组织中CYP305B1V1基因的表达情况,并对该基因的氨基酸序列进行同源性比较和进化分析。[结果]氯氰菊酯、芸香苷和NaF影响野桑蚕6TP305B1V1基因在组织中的表达,蜕皮激素无明显影响。氨基酸的同源性分析表明该基因氨基酸序列与家蚕CYP305B1的氨基酸序列同源性最高（100％）;与赤拟谷盗推测的CYP305A1、蜜蜂推测的CYP305A1、果蝇CYP305A1、冈比亚按蚊CYP305A2及库蚊CYP2L1有较高的同源性。[结论]野桑蚕CYP30581V1基因可能主要参与外源性化舍物的代谢,对揭示细胞色素P450的功能和不同药物的代谢机理具有重要意义。     

番茄串联重复SlHSP20基因簇特征及差异表达分析

在植物中,小热激蛋白(sHSPs)是含量最丰富,分布最广泛的热激蛋白,其保守的结构特征是在细菌和真核生物分化之前进化而来的。sHSPs作为分子伴侣,有助于抑制蛋白质聚集、细胞骨架蛋白动力学、细胞生长、转录、分化等在内的多种不同的细胞进程。研究表明:番茄中SlHSP20基因簇在同一条染色体47.54Mb区域上串联重复排列。根据基因家族成员自身的进化分析,SlHSP20基因簇属于定位于细胞质/细胞核的CI类亚族sHSPs,并根据蛋白质的分子量命名为SlHSP17.6A、SlHSP17.6B、SlHSP17.6C和SlHSP17.7A。这些SlHSP20基因的基因组织结构与其同物种内sHSPs基因存在旁系同源关系,该基因簇中4个基因所编码的氨基酸序列具有高度同源性,但其5’-UTR中顺式作用元件不同,基因簇在番茄生长发育的表达及对激素和外源糖处理的表达都存在明显差异。共表达分析显示基因簇的互作基因也各不相同。以上研究结果为进一步分析番茄sHSPs基因的进化起源及其功能奠定了基础。     

红肉火龙果TST基因家族的生物信息学分析

为分离参与红肉火龙果果实可溶性糖积累的功能基因,基于转录组测序数据克隆液泡糖转运蛋白（Tonoplast sugar transporter,TST）基因家族,进行序列同源性、跨膜结构、亚细胞定位和系统发育等生物信息学分析。结果表明：红肉火龙果含有4个TST基因,开放读码框（open reading frame,ORF）长度为2 127～2 235 bp,编码长度为708～744 个氨基酸的序列。预测等电点为4.84～5.36,相对分子量为75.7～80.4 kDa;红肉火龙果TST家族氨基酸序列与甜菜和藜麦TST家族具有74.9%～83.4%的相似性;红肉火龙果TST成员均含11～12个跨膜结构域,定位于质体、叶绿体、液泡或内质网等细胞器。系统进化分析表明HpTST1属于TST1类,HpTST2.1和HpTST2.2属于TST2类,HpTST3属于TST3类。     

红肉火龙果TST基因家族的生物信息学分析

为分离参与红肉火龙果果实可溶性糖积累的功能基因,基于转录组测序数据克隆液泡糖转运蛋白(Tonoplast sugar transporter,TST)基因家族,进行序列同源性、跨膜结构、亚细胞定位和系统发育等生物信息学分析。结果表明:红肉火龙果含有4个TST基因,开放读码框(open reading frame,ORF)长度为2 127～2 235bp,编码长度为708～744个氨基酸的序列。预测等电点为4.84～5.36,相对分子量为75.7～80.4kDa;红肉火龙果TST家族氨基酸序列与甜菜和藜麦TST家族具有74.9%～83.4%的相似性;红肉火龙果TST成员均含11～12个跨膜结构域,定位于质体、叶绿体、液泡或内质网等细胞器。系统进化分析表明HpTST1属于TST1类,HpTST2.1和HpTST2.2属于TST2类,HpTST3属于TST3类。     

双齿围沙蚕CYP4基因的克隆及序列分析

根据已知的绿沙蚕Nereisvirens细胞色素氧化酶CYP342A1保守区设计引物,采用RACE技术首次从双齿围沙蚕Perinereisaibuhitensis体壁肌肉中克隆出细胞色素氧化酶CYP4基因全长序列。分析结果表明,该序列全长为1857bp,5’端非翻译区为186bp,3’端非翻译区为225bp,阅读框为1446bp,编码为481个氨基酸。第422～431氨基酸序列符合P450所具有的结构保守共有序列FxxGxxxCxG,第319～322氨基酸序列为K螺旋特征基序ExxR区,第282～294氨基酸序列含有CYP4家族特征序列EVDTFMFEGHDTr。经Blast与GenBank中已知物种的氨基酸序列进行同源性比对,CYP4与多毛类绿沙蚕Nereisvirens CYP4BB1、CYP342A1（AY453408）氨基酸同源性为73％、36％,与多毛类小头虫CapiteUacapitataCYP4ATI（AY574044）同源性为39％。据此推断,双齿围沙蚕CYP4基因属于CYP4B亚家族。     

泥鳅和大鳞副泥鳅细胞色素P450c17-Ⅰ(CYP17-Ⅰ)基因的克隆及组织表达分析

采用3'-和5'-RACE法克隆了泥鳅和大鳞副泥鳅CYP17-Ⅰ基因的c DNA全长序列,通过实时荧光定量PCR技术分析其表达情况。结果表明,泥鳅CYP17-Ⅰ基因c DNA全长1 706 bp,开放阅读框(open reading frame,ORF)1 563 bp,编码520个氨基酸;大鳞副泥鳅CYP17-Ⅰ基因c DNA全长1 763 bp,ORF长1 545 bp,编码514个氨基酸。2种鳅CYP17-Ⅰ氨基酸序列都有1个信号肽、1个跨膜区、1个保守的蛋白结构域和3个功能保守区。相似度分析显示,2种鳅之间CYP17-Ⅰ相似度为99%,与其他鱼类的相似度也超过70%。系统进化分析显示,2种鳅之间关系最为接近,其系统发育关系基本符合传统的分类地位。qRT-PCR结果显示,CYP17-Ⅰ在2种鳅的肠、肌肉、心脏、胃、肝脏、精巢、卵巢、脾脏等8个组织均有表达,在精巢和卵巢中表达量相对较高。     

小立碗藓细胞色素P450基因CYP73A49的克隆与功能分析

本研究克隆了一个小立碗藓（Physcomitrella patens）P450基因CYP73A49,其cDNA全长1629bp,预测编码542个氨基酸。为了进一步研究其生物学功能,利用同源重组技术对CYP73A49基因实施定点突变,成功构建了能诱导其功能缺失的载体,并获得了苔藓的功能缺失突变体。     

CHD蛋白家族两类染色质域CD1和CD2的进化差异研究

[目的]研究CHD蛋白家族2类染色质域CD1和CD2的进化差异。[方法]对获得的19个CHD蛋白基因的2类染色质域CD1和CD2进行氨基酸序列多态性、GC含量、密码子偏性差异和相对进化速率分析,并构建NJ系统进化树,研究不同CHD基因之间和CD1、CD2之间的发生关系。[结果]发现2类染色质域之间存在进化的差异是由所受选择性压力的不同造成的,其中CD1由于功能上的选择压力小而比CD2进化的快。[结论]在不同的物种和基因中CD1和CD2的进化差异存在普遍性。     

蚯蚓细胞色素P450基因的克隆及序列分析

蚯蚓是一种土壤环境的指示生物,参与土壤中有毒化学物质的降解等过程。细胞色素P450酶是动物体内参与外源化合物代谢的主要酶系。本实验通过已有的其他物种的细胞色素P450酶保守序列设计简并引物,用RT-PCR的方法成功扩增出了赤子爱胜蚓体内的一条P450序列(670bp左右,Genbank登录号:KF823788),并对其保守区域、氨基酸构成及三级结构进行了分析。这是首次从蚯蚓体内扩增出P450基因,为下一步从基因层次研究蚯蚓机体对外源化合物的解毒功能及其机理提供了参考。     

矮牵牛的查尔酮合酶(CHS)基因的生物信息学分析

为研究CHS(chalcone synthase)基因间的同源性及其进化关系,以矮牵牛的CHS基因为研究对象,利用生物信息学软件及网站对其进行碱基分布、氨基酸组成和亲疏水性预测,并与其他10个物种的CHS基因序列进行多重比对、进化分析。结果表明：矮牵牛的CHS基因的单链mRNA序列含有1170个碱基对,蛋白质由389个氨基酸编码,相对分子质量为42580.02,其中亮氨酸(Leu)含量最高达10.80%;疏水值最大为2.038,最小为-2.208,无明显的亲水或疏水区域;多重比对发现11个物种同源性达到了80.55%。通过以上结果得出CHS基因处于稳定状态,编码的蛋白为亲水性蛋白,进化过程中是保守的,获得的保守区段的序列信息为新基因的克隆奠定了基础。     

毛果杨Eukaryotic translation initiation factor 5A（eIF5A） 同源基因的生物信息学分析

为研究毛果杨eIF5A基因间的同源性及其进化关系,以毛果杨的eIF5A基因为研究对象,利用生物信息学软件及网站对其进行碱基分布、氨基酸组成、亲疏水性、保守区以及二级结构和三级结构的预测与分析,并与其他物种的eIF5A氨基酸序列进行多重比对与进化分析。结果表明,4个毛果杨eIF5A基因定位于不同染色体上,且都只含有5个外显子;研究还发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;亚细胞定位分析表明,4个eIF5A蛋白均定位于细胞质上;二级结构预测结果显示,4个eIF5A氨基酸序列以无规则卷曲、扩展链和α-螺旋为主要组成部分,且4条氨基酸序列三维结构十分相似。上述结果均为毛果杨eIF5A基因家族的进一步功能分析提供了一定基础。     

油松JAZ基因家族特征及其与DELLA蛋白互作的功能域鉴定

  目的  对油松JAZ基因家族特征及其与赤霉素负调控因子DELLA蛋白互作的功能域深入分析，旨在为解析针叶树以JAZ-DELLA为核心模块、茉莉酸（JA）-赤霉素（GA）介导的生长/防御平衡策略奠定基础。  方法  以油松全基因组数据为基础，筛选鉴定油松全部的JAZ家族基因成员，并分析其基本特征；构建多物种JAZ基因家族系统发育进化树，解析油松JAZ基因家族在系统进化过程中的特点；利用酵母双杂交技术，明确油松中JAZ与DELLA蛋白互作的功能域。  结果  油松中共鉴定得到53个JAZ基因家族成员，均具有TIFY和Jas保守结构，而且在degron序列中进化出了更丰富的变异。多个油松JAZ基因家族成员启动子区域包含响应JA和GA的顺式作用元件，并与模式植物中多个JAZ蛋白有着较近的进化距离。进一步实验发现，油松中5个JAZ蛋白（TIFY4、TIFY11、TIFY16、TIFY25、TIFY59）的Jas结构域与油松DPL（DELLA-like）蛋白存在相互作用，明确了油松中Jas结构域是JAZ蛋白与DELLA蛋白互作的功能域。  结论  明确了油松JAZ基因家族的基本序列特征，确定了油松中JAZ与DELLA蛋白互作的Jas功能域，为针叶树JAZ基因家族及JA-GA信号转导通路的深入研究提供了重要依据。      

不同昆虫泛素延伸蛋白基因的生物信息学分析

采用生物信息学方法系统分析了甜菜夜蛾、菜粉蝶、烟夜蛾和黑腹果蝇泛素延伸蛋白(UBE)基因序列的遗传多样性、分子进化及其编码氨基酸序列的结构功能域和基序特点.结果显示,4种昆虫UBE基因序列的同源性较高(81.8%～99.7%),且遗传距离较近(0.003～0.199),均编码ubiquitin/L40 UBE.共检出8...     

亚洲玉米螟幼虫P450基因片断的克隆与序列分析

根据G enB ank中昆虫P 450氨基酸保守序列设计了1对简并引物,以亚洲玉米螟田间自然种群基因组DNA为模板,扩增得到一条长度为603 bp的特异性DNA片段,编码201个氨基酸。将此氨基酸序列与G en-B ank中已知序列采用B last及C lusta lW EB I软件进行同源性分析,结果表明该氨基酸序列与CYP 4家族的同源性较高,达37%~53%,初步推测此序列为CYP 4家族的一员。     

水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR（q...