大白菜YUCCA基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素(IAA)是一种重要的植物内源激素,YUCCA基因作为IAA生物合成的限速酶编码基因,在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。为深入研究大白菜YUCCA基因家族的功能,利用生物信息学分析对大白菜中YUCCA基因家族成员进行全基因组水平鉴定,并对其基因组信息、蛋白质生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化树等方面进行研究。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定出19个YUCCA基因,可以聚类到2个大的分支,CladeⅠ和CladeⅡ;YUCCA基因在大白菜10条染色体上呈不均匀分布,并有1对基因以串联重复现象在染色体上分布;基因结构分析表明大白菜YUCCA基因一般含有0～3个数量不等的内含子;对大白菜YUCCA蛋白质氨基酸序列多重比对的分析表明大白菜YUCCA蛋白质存在高度保守的FAD结合位点(一致序列为GAGPxG)和NADPH结合位点(一致序列为GxGNSG);通过MEME软件对大白菜YUCCA蛋白质模体(motif)的预测还发现12个比较保守的motif。上述研究结果为大白菜YUCCA基因功能的研究奠定了一定的基础。     

大白菜GH3基因家族全基因组鉴定及表达分析

生长素酰胺合成酶（GH3）基因家族是生长素早期应答基因家族之一，在植物生长素信号转导过程中发挥重要作用。基于大白菜全基因组数据对大白菜GH3家族进行全基因组鉴定及生物信息学分析，结果表明，在大白菜基因组中共鉴定到45个包含GH3结构域的BrGH3家族成员；BrGH3家族成员编码氨基酸数在286～826之间，分子量介于32.06～90.77 KD之间；系统进化分析将BrGH3家族分为4类；基因结构分析发现该家族成员外显子数为2～10个；蛋白保守基序（motif）分析表明，除了BrGH3.2和BrGH3.18外，BrGH3家族成员都含有10个Motif;41个BrGH3成员在10条染色体上均有分布，4个基因未定位到染色体上；共线性分析发现29个基因参与片段复制事件，存在5个串联重复；启动子顺式作用元件分析表明，BrGH3成员含有大量光、激素、逆境和生长发育等响应元件。基于大白菜结球野生型和不结球平塌突变体结球前期叶片不同部位转录组数据，分析BrGH3差异表达，结果表明，其中BrGH3.28和BrGH3.41基因在大白菜突变体叶片不同部位的FPKM值均高于野生型，为野生型的1.22～4.83倍，且BrGH3基因家族在LF亚基因组中优势表达，初步推测BrGH3基因家族成员参与调控大白菜叶球发育。本研究为进一步研究BrGH3基因家族的功能和大白菜叶球发育机理提供参考。     

桃PME基因家族的鉴定与分析

果胶甲酯酶属于碳水化合物酯酶家族CE-8,是调节果胶甲酯化程度的一种普遍存在的酶,是植物细胞壁的主要成分。为深入研究桃PME基因家族的功能,利用生物信息学方法对桃基因组中PME基因家族成员进行鉴定,并对其基因组信息、蛋白生理生化特征、基因结构、保守结构域和系统进化树等方面进行了研究。结果表明:在桃基因组中共鉴定出69个PME基因,可以分为GroupⅠ、GroupⅡ两大类,GroupⅡ又可以进一步分成3个分支;PME基因在桃的8条染色体上呈现不均匀分布,并存在明显的串联重复现象,共发现18个串联重复基因簇,包含47个基因,串联重复是桃PME基因扩增的主要方式。对桃PME基因结构的分析表明,PME基因在进化上存在着一定的保守性;对桃PME蛋白氨基酸序列的多重比对发现了PME蛋白5个典型的保守结构区域;通过MEME软件对桃PME蛋白保守基序的分析发现了12个比较保守的基序。     

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。     

杨树NRAMP基因家族全基因组鉴定与生物信息学分析

为研究杨树自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从杨树全基因组数据库中筛选并鉴定NRAMP家族基因序列,并对该家族成员的理化性质、二级结构、基因结构、保守基序、染色体定位、进化树和组织表达量进行分析。结果表明：从杨树基因组中共鉴定出6个NRAMP基因家族成员,编码的氨基酸数量差异较大,为503～1 310,亚细胞定位表明其均在质膜上,各个成员跨膜结构数量在10～12。PNT31315的二级结构以无规则卷曲为主,其他家族成员主要的二级结构为α-螺旋。进化树分析表明,杨树NRAMP家族基因全部聚类于第3类,且与玉米、高粱、甘蔗和水稻皆有相似基因,不存在物种特异性。染色体定位分析表明,该家族各基因在染色体上分散分布,只有PNT48459和PNT49289两个基因分布在一个染色体上,且不存在串联重复和片段复制基因。蛋白功能预测结果显示,PNT48459和PNT52668可能与植物金属耐受蛋白结合参与金属离子的吸收与转运,PNT31315可能参与植物激素信号转导。PNT48459、PNT37313和PNT31315在主根中的表达量较高,推测其参与重金属吸...     

大白菜BrROP基因家族的生物信息学分析

为了揭示大白菜BrROP基因家族的功能和进化关系,利用生物信息学方法对大白菜BrROP基因家族成员进行了鉴定,并对其基因结构、蛋白质序列、染色体定位、保守结构域、进化关系和表达模式等进行系统分析。结果表明,在大白菜基因组中共鉴定出22个BrROP基因成员,在大白菜染色体上呈不均匀分布;氨基酸序列分析表明,BrROP蛋白的结构较保守,均含有G结构域(G1—G5)、效应因子结合点、插入序列和C端可变区;根据系统发育进行聚类分析,大白菜BrROP基因可被分为4类,GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ和GroupⅣ;利用EMBL-EBI数据库对BrROP基因家族进行分析,22个BrROP基因在大白菜根、茎、叶、花和角果中呈组织差异表达。     

烟草自然抗性相关巨噬细胞蛋白基因家族的鉴定与分析

自然抗性相关巨噬细胞蛋白(natural resistance associated macrophage proteins,NRAMPs)是一类高度保守的二价金属跨膜转运蛋白,在调控生物体内重金属稳态中发挥着重要作用.为了探究烟草NRAMP基因的多样性,该研究根据烟草基因组数据信息,利用生物信息学方法对烟草NRAMP基因家族成员进行了鉴定,对其基本信息、结构特点、蛋白理化性质及保守序列、启动子元件和组织表达模式等进行了分析.结果表明:烟草基因组含有9个NtNRAMP基因,分别命名为NtNRAMP1.1～6.2,其编码氨基酸长度为500～542 aa,蛋白分子量为54.31～59.11 kD,等电点为5.09～8.73,总平均亲水性为0.475～0.604;除了NRAMP6.1和6.2不含有motif4外,其余NRAMP蛋白都含有motif1～motif10.顺式作用元件分析表明所有NtNRAMP基因启动子中均含有参与基因转录、非生物胁迫、植物激素响应和光应答途径的元件,部分基因含有生物胁迫、次生代谢、组织表达和结合位点的元件.染色体定位发现,6个NtNRAMP基因分别分布在5条烟草染色体上.表达分析表明:NtNRAMP基因组织表达模式差异较大,其中NtNRAMP6.1和NtNRAMP6.2基因表达具有组织特异性.该研究结果为进一步研究烟草NtNRAMP基因的功能奠定了基础.     

大白菜BrCNGC全基因组鉴定及其表达分析

[目的]本文旨在研究大白菜环核苷酸门控离子通道基因(BrCNGC)的进化关系、结构特征、染色体定位及其表达模式。[方法]通过生物信息技术对大白菜BrCNGC进行分子进化分析、功能结构分析、染色体定位分析、保守结构域分析,并且通过荧光定量PCR分析该基因家族在脱落酸(ABA)+芜菁花叶病毒(TuMV)、水杨酸(SA)+TuMV、茉莉酸甲酯(MeJA)+TuMV和抗坏血酸(AsA)+TuMV处理下的表达差异。[结果]大白菜BrCNGC家族有26个成员,可分为4个组(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),其中第Ⅳ组又可以分为2个亚组(Ⅳa和Ⅳb)。它们分布在9条染色体上,1号染色体上BrCNGC数量最多(有5个),5号染色体上只有1个BrCNGC基因,而8号染色体上没有BrCNGC基因分布。基因结构分析表明:该家族基因中共鉴定出10种motif,其中有14个BrCNGC蛋白都包含这10种motif,同组成员之间的motif组成相似。荧光定量PCR结果表明:在植物生长调节剂与TuMV相互作用下,大部分BrCNGC的表达量上调,少数BrCNGC的表达量下调。[结论]大白菜BrCNGC结构高度保守,其在大白菜抵御TuMV侵染过程中发挥一定的作用,该发现为以后进一步研究BrCNGC的功能奠定了基础。     

桃钙调磷酸酶B类似蛋白基因家族鉴定与分析

为了研究桃钙调磷酸酶B类似蛋白(CBLs)基因家族在桃中如何发挥作用。利用桃基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定桃CBL家族基因的基因结构、染色体定位和编码蛋白,通过序列比对进行进化和分类分析。结果表明,桃基因组中含有8个CBL家族基因,分布于桃的5条染色体上。MEME和Pfam保守结构域分析显示,桃CBL蛋白均含有4个保守的EF结构域。进化树分析表明CBLs可分为4个亚家族。TMHMM 2.0Server分析显示仅PpCBL1含有1个跨膜区。PlantsPFeatureScan分析显示PpCBL2、3和5均含有1个N-豆蔻酰化位点。NetPhos 2.0 Server结果显示PpCBLs存在着大量的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)及酪氨酸(Tyr)潜在磷酸化位点。以上结果将为今后揭示桃CBL的功能提供重要的理论基础。     

桃AAAP基因家族的鉴定与分析

为了解桃AAAP基因家族成员的特征和功能,基于桃基因组,对桃AAAP基因家族成员进行理化性质、系统进化树、基因结构和保守基序以及染色体定位和共线性分析。结果表明,桃中共鉴定到AAAP家族成员101个,氨基酸序列范围在166～593个范围内,亚细胞定位表明AAAP成员全部定位在细胞内膜上;系统进化树分析显示桃AAAP成员被分为8个亚家族;基因结构和保守基序分析显示,桃AAAP基因家族成员之间基因结构和保守基序存在差异性,但亚家族成员内基因结构和保守基序存在相似性;染色体定位分析显示桃AAAP家族成员不均匀的分布的8条染色体上,有53对基因存在串联重复,有3对基因存在共线性。本研究初步了解了桃AAAP家族成员的特征和功能,为后期在桃中该基因的功能研究在分子水平上提供了理论支撑。     

兰花磷酸肌醇特异性磷脂酶C基因家族生物信息学分析

【目的】为研究兰花(Phalaenopsis equestris)中PI-PLC基因家族各成员在兰花中的生理功能。【方法】利用兰花基因组数据库,经过生物信息学分析,获得兰花PI-PLC基因家族成员的基因结构、染色体定位和编码蛋白,经过多重序列比对进行进化和分类分析。【结果】结果表明:兰花基因组中含有3个PI-PLC家族基因成员,分别含有9~13个外显子。TMHMM跨膜区结构分析显示,兰花PI-PLC蛋白均不含有跨膜区;MEME保守结构域分析显示,兰花PI-PLC蛋白均含有4个保守的EF、X、Y和C2结构域。【结论】以上结果对解析兰花PI-PLC蛋白的生物学功能提供重要的线索。     

榛属ycf1基因生物信息学分析

为研究ycf1基因家族成员在榛属(Corylus)中的生理功能,利用榛属叶绿体基因组数据库,经过生物信息学分析,获得榛属ycf1基因家族成员的基因结构、定位和编码蛋白,经过多重序列比对进行进化和分类分析。结果表明,榛属叶绿体基因组中的ycf1基因家族成员不含有内含子;TMHMM跨膜区结构分析显示,榛属YCF1蛋白均不含有跨膜区;MEME保守结构域分析显示,榛属YCF1蛋白均含有3个保守结构域。研究结果对解析榛属YCF1蛋白的生物学功能提供重要的线索。     

桃PG基因家族的鉴定与分析

多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)属于一个大的水解酶家族,它通过降解果胶在植株生长发育过程中的细胞分离事件中发挥重要作用。为深入研究桃PG基因家族的功能,利用生物信息学方法对桃基因组中PG基因家族成员进行鉴定,对其基因和蛋白特征、保守结构域、基因进化树分类和基因表达模式等方面进行研究。结果表明,在桃基因组中共鉴定出了84个PG基因,可以聚类成7个分支A~G;PG基因在8条染色体上呈现不均匀分布,并存在明显的串联重复现象,共发现16个串联重复基因簇;利用UniGene数据库进行的组织表达分析。说明有10个基因在数据库中有表达数据,其中有6个基因具有组织表达特异性。     

杨树KT、HAK、KUP基因家族鉴定及钾肥处理对杨树生长的影响

KT、HAK、KUP基因家族是植物进行K⁺转运的最大蛋白系统。以毛果杨(Populus trichocarpa Torr.&Gray)全基因组数据为基础,利用生物信息学方法对杨树KT、HAK、KUP家族进行了全基因组鉴定,并在毛果杨全基因组中鉴定出20个KT、HAK、KUP家族成员。理化性质预测分析表明：KT、HAK、KUP基因家族成员均为疏水性蛋白,等电点在5.30～9.16;亚细胞定位预测显示家族成员蛋白集中在细胞质膜上。应用拟南芥和杨树构建系统进化树显示,KT、HAK、KUP基因家族可分为5个亚家族。基因结构及基序(motif)分析表明,KT、HAK、KUP基因进化过程相对保守。顺式作用元件分析表明,KT、HAK、KUP基因家族成员含有诸多与激素、逆境胁迫的响应元件。杨树不同钾离子浓度处理下,植株的净生长情况呈现了显著的差异,说明钾元素对杨树生长影响较大。     

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。     

谷子生长调节因子互作因子基因家族生物信息学分析

【目的】生长调节因子互作因子(GRF-interacting factor,GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育和逆境胁迫中起重要作用。通过系统分析谷子GIF基因家族的组成、各成员的结构以及进化关系,为GIF基因调节机制研究提供参考。【方法】利用谷子基因组数据库,采用生物信息学的方法,鉴定谷子GIF基因家族的基因结构、染色体定位,编码蛋白相似性、二级结构、跨膜区和磷酸化位点预测,通过序列比对进行进化和分类分析。【结果】谷子含有3个GIF基因,均含有4个外显子,分布于第3、8和9号染色体上。编码SiGIF1蛋白和SiGIF2蛋白相似性最高,为72.04%,SiGIF1蛋白和SiGIF3蛋白相似性最低,为37.08%。二级结构分析显示,谷子GIF蛋白无规则卷曲占比最高(41.56%～56.60%),其次为α-螺旋(34.43%～35.50%),再次为β-转角(5.19%～11.69%),β-折叠最低(3.23%～11.26%)。TMHMM跨膜区进行分析显示,谷子GIF蛋白均不含有跨膜区。MEME保守基序分析显示,谷子GIF蛋白均含有保守的SSXT (PF05030)结构域。磷酸化位点预测分析表明谷子GIF蛋白均含有潜在磷酸化位点。【结论】谷子GIF基因家族的基因结构、磷酸化位点预测等生物信息学分析结果将为揭示谷子GIF基因家族在谷子生长发育过程中的功能提供重要的线索。     

亚洲棉Argonaute蛋白家族的生物信息学预测与分析

【目的】在全基因组水平上鉴定亚洲棉(Gossypium arboretum L.)AGO蛋白家族成员,分析其进化关系,为亚洲棉遗传改良提供基因资源。【方法】用AGO蛋白保守域在亚洲棉基因组数据库中进行同源比对,并对AGO蛋白家族的进化关系、基因结构、结构域、染色体定位、三级结构及表达模式等进行生物信息学分析。【结果】从亚洲棉蛋白数据库中共鉴定出11个AGO蛋白家族成员,其编码区长度为2 949~9 807bp,定位在6条染色体上,其中第9号染色体上分布有4个基因;11个AGO家族成员分为5个亚族,亚族内各成员间具有很高的保守性;AGO家族成员均具有典型的α-螺旋跨膜结构,属于碱性蛋白;从表达模式看,AGO家族成员在纤维发育不同时期和不同组织中的表达量存在较大差异,其中5个基因在棉纤维次生壁后期高表达,在其他时期表达水平较低,存在组织特异性。【结论】成功鉴定了亚洲棉AGO蛋白家族,明确了其基本结构的进化关系及基因表达特点。     

西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

为了探究西瓜NAS基因家族的生物学功能,基于西瓜全基因组组装注释数据,利用HMMER、MEGA、TBtools等工具对西瓜NAS家族进行生物信息学的鉴定和分析,包括染色体定位、蛋白质结构、蛋白保守基序、系统进化树、启动子顺式作用元件和共线性分析。结果表明：在西瓜全基因组中共鉴定出4个ClaNAS基因,分布于2号染色体、3号染色体、6号染色体上;编码的氨基酸数量变化范围为277～356aa、分子量为30.68～39.88kDa、等电点为4.71～7.46;4个claNAS成员编码蛋白质的二级结构组成一致,三级结构差异明显;拟南芥、水稻、甜瓜、番茄和西瓜5个物种的NAS基因家族被分为3个亚族,其中葫芦科植物被单独聚为一类;西瓜NAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答、转录因子结合位点等多种顺式作用元件;西瓜基因组内未发现NAS基因的串联重复和片段复制,但西瓜NAS基因与拟南芥、番茄的NAS基因间分别存在2个共线性基因对。西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析为进一步研究西瓜NAS基因的功能和分子机制提供了依据。     

甘蓝型油菜HD-ZIP基因家族的鉴定和表达分析

为揭示HD-ZIP蛋白家族成员在甘蓝型油菜全基因组中的分布及相关特征，通过生物信息学方法共鉴定出74个HD-ZIP转录因子，分别被定位到甘蓝型油菜的19条染色体和8条随机序列；这74个HD-ZIP蛋白都含有高度保守的HD-ZIP结构域；系统发育进化树将该家族成员聚为4大类；共线性分析发现大部分基因不仅在A和C染色体组间存在共线性，而且在各自染色体组内也存在串联重复事件；基因表达分析发现，大部分HD-ZIP家族基因在根和叶中均有表达，并且在根中表达的基因多于叶片，受到盐胁迫处理时，大部分基因表达量会增加。初步明确了甘蓝型油菜HD-ZIP家族成员结构特点和相关功能，为进一步研究甘蓝型油菜HD-ZIP蛋白家族基因的生物学功能奠定了基础，为油菜抗性育种工作提供科学依据。     

枳Rboh基因家族全基因组鉴定及表达分析

植物呼吸爆发氧化酶(Rboh)可调控活性氧的产生,在植物生长发育和胁迫响应中起着重要作用。基于已公布的枳全基因组数据,利用生物信息学方法对枳Rboh基因家族成员进行鉴定,并分析其理化特征、基因结构、保守域信息、系统进化关系、启动子顺式作用元件和组织表达模式。结果表明：枳基因组中共有7个Rboh家族成员,分布在4条染色体和未知染色体上,被预测定位到细胞膜上;共有12～15个外显子,4～5个保守结构域,8～10个motif;系统进化分析分成5个亚组,与拟南芥Rboh基因之间存在更多的共线性关系;枳Rboh基因启动子区域共有38种顺式作用元件,包括生长发育元件、激素响应元件和逆境响应元件3大类型;枳Rboh基因表达具有组织特异性。这一研究为进一步研究枳Rboh基因功能提供了重要参考信息。