棉花蔗糖转化酶基因家族的生物信息学分析

为更好地了解蔗糖转化酶在棉花基因组中的数量和分布情况等,本研究利用拟南芥中17个蔗糖转化酶家族的基因为参考序列,在海岛棉、陆地棉、雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组数据库中鉴定到的蔗糖转化酶基因家族成员分别为65、46、26和25个,结果表明,海岛棉所含有的蔗糖转化酶基因明显多于陆地棉,而雷蒙德氏棉比亚洲棉仅多了1个。通过基因结构分析发现,酸性蔗糖转化酶和中性/碱性蔗糖转化酶α亚族大都包含6或7个外显子,而β亚族大多含有4或5个外显子。此外,部分海岛棉与雷蒙德氏棉在基因结构上存在着较长的UTR区,而陆地棉与亚洲棉可能没有;酸性蔗糖转化酶家族基因所编码的氨基酸序列大都包含3个保守基序,分别为DNPNG、FRDP和WECPD,表明不同种属中同一基因家族的进化保守性;由聚类分析推测,VIN亚族基因功能可能与棉花纤维发育相关。     

棉花EXO70基因家族全基因组的鉴定及种间比较

【目的】当前四倍体棉花的主栽品种是陆地棉与海岛棉，陆地棉产量高且适应性好，海岛棉纤维品质优异但产量一般。EXO70是胞外分泌体（exocyst complex）中的关键亚基，在植物生长发育、胁迫响应等方面发挥重要作用。通过全基因组水平鉴定和分析陆地棉与海岛棉EXO70基因家族成员，并研究其在纤维发育、环境适应等方面的功能，有助于揭示陆地棉与海岛棉种间性状差异形成的分子基础。【方法】从拟南芥数据库（TAIR）获取EXO70家族蛋白序列作为参考序列，采用HMMER、ExPASy、MEME、TBtools等分析工具对陆地棉TM-1和海岛棉Hai7124基因组中EXO70家族成员进行鉴定与分析，系统比较该家族在基因表达模式、重要农艺性状的相关性、逆境响应等方面的异同点。【结果】通过对陆地棉和海岛棉的基因组水平分析，均鉴定出54个EXO70家族成员，根据系统进化发育可将其分为8个分支。陆地棉和海岛棉同源基因可一一对应，分布在陆地棉与海岛棉的20条染色体上，绝大多数成员为单外显子，但是两者间有12对同源基因在阅读框序列上存在较大差异。陆地棉与海岛棉大部分同源基因表达模式类似，但在同一纤维发育时期表...     

棉花β-tubulin基因家族的鉴定及其在纤维发育中的表达

【目的】β-微管蛋白是棉纤维细胞形态建成的基本结构单位，在纤维发育过程中具有重要作用。通过鉴定棉花β-tubulin基因家族成员，并进行生物信息学和表达模式分析，为深入探究β-tubulin基因在棉花纤维发育中的作用提供理论依据。【方法】利用BLAST方法，在4个棉种基因组中鉴定β-tubulin基因家族成员，并结合ProtParam tool分析理化性质、MEGA7.0构建系统进化树、Mapchart2.2绘制染色体定位图、MEME分析保守基序、PlantCARE分析启动子顺式作用元件；根据39个材料发育纤维转录组数据分析陆地棉β-tubulin基因家族的表达水平，并利用Spearman相关性分析鉴定影响纤维品质性状形成的β-tubulin基因。【结果】在陆地棉（Gossypium hirsutum,AD1）、海岛棉（Gossypium barbadense,AD2）、亚洲棉（Gossypium arboretum,A2）和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii,D5）基因组中分别鉴定到36、37、19和18个β-tubulin基因，且在四倍体棉种中的数目约是二倍体棉种数...     

棉花PAL基因家族的全基因组鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia lyase,PAL）是苯丙烷代谢的关键酶和限速酶，在植物的生长发育、抗病虫害和抗逆等方面发挥着重要作用。研究在全基因组水平上对棉花PAL基因家族进行了鉴定和分析，以了解棉花中PAL的功能，为后续深入研究棉花PAL功能提供一定参考。结果表明，在陆地棉（Gossypium hirsutum）、海岛棉（Gossypium barbadense）、草棉（Gossypium herbaceum）和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）中分别鉴定出15、13、7、8个PAL基因。进化分析结果显示，棉花PAL基因家族可分为3个亚组。保守基序和基因结构分析显示，亲缘关系近的PAL基因之间的保守基序组成和基因结构也十分相似。启动子分析显示，GhPAL基因的启动子上存在多个与非生物和生物胁迫应答以及激素信号转导相关的顺式作用元件。组织表达模式分析表明，GhPAL基因主要在根、茎、花丝和胚珠中高表达。转录组和qPCR分析显示，部分GhPAL基因的表达量在PEG、盐、高温、低温和碱胁迫下显著提高，其中一些GhPAL基因能够对多种非生物胁...     

海岛棉类受体胞质激酶RLCK VI家族全基因组鉴定与胁迫表达分析

【目的】对海岛棉（Gossypium barbadense）类受体胞质激酶RLCK VI(GbRLCK VI)家族基因进行全基因组分析，为深入研究RLCK VI家族基因参与棉花生长发育和抗逆的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的海岛棉基因组数据，利用生物信息学手段对GbRLCK VI家族基因进行全基因组鉴定，并系统分析该家族基因成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达特征。【结果】海岛棉中共鉴定出39个GbRLCK VI家族基因，经聚类分析将其分为A、B两组，其中A组22个，B组17个，均含有1个激酶结构域，分布于16条染色体，多数位于质膜。基因复制分析表明，该家族在进化过程中发生染色体片段复制事件；Ka/Ks分析显示，所有基因对Ka/Ks均小于1，表明GbRLCK VI家族基因在进化过程中可能经历了严格的纯化选择作用。转录组分析表明，GbRLCK VI家族基因在10个不同组织中的表达模式不同，11个基因在花器官中优势表达，9个基因在根茎叶中优势表达；逆境胁迫下的表达分析显示，8个基因在干旱、盐、黄萎病胁迫下优势表达，4个基因只在黄萎病胁迫下优势表达，说明GbRLCKVI...     

bHLH转录因子研究进展及其在植物抗逆中的应用

bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子是一类重要的转录因子,bHLH转录因子在真核生物的生长发育、调控及应对逆境胁迫中起到了重要作用.综述了bHLH转录因子家族在植物抗逆反应中功能研究的最新进展,为进一步研究bHLH转录因子家族基因在植物逆境胁迫应答中的作用提供理论参考.     

棉花植物同源结构域(PHD)转录因子在非生物胁迫中的表达分析

[目的]通过对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)PHD(Plant homeodomain)转录因子在棉花不同组织和非生物胁迫条件下的表达分析,筛选棉花逆境胁迫应答基因.[方法]根据已报道的28个棉花GhPHD基因的EST序列合成了特异引物,使用半定量RT-PCR方法检测GhPHD在棉花种子、根、茎、叶、纤维(15DPA)中的表达以及在于旱、高盐(150 mmol/L NaCl)、低温(4℃)非生物胁迫下的表达.[结果]棉花PHD转录因子在各组织中的表达存在差异,85.7;的基因在种子中表达,在纤维中表达的占35.7;.在干旱胁迫条件下GhPHD1、GhPHD6和GhPHD22呈上调表达,在高盐胁迫条件下GhPHD1、GhPHD16呈上调表达,低温胁迫激活GhPHD9表达,其它基因对三种非生物胁迫无明显应答.[结论]部分GhPHDs在陆地棉应答和适应非生物胁迫过程中可能发挥重要的作用.     

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1～10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。     

陆地棉BGLU基因家族成员的全基因组鉴定与表达分析

植物BGLU基因在生物和非生物胁迫防御中起着重要作用，利用生物信息学手段对陆地棉（Gossypium hirsutum） BGLU家族成员进行全基因组鉴定，对序列特征、保守域结构、染色体定位、启动子元件等家族特征进行了分析，并进一步结合转录组数据和qRT-PCR分析了BGLU基因家族的病菌胁迫响应模式。结果表明，共鉴定出53个陆地棉BGLU基因，根据系统发育进化关系分为6个亚族，部分基因在病菌胁迫下特异性表达。荧光定量和转录组测序结果表明，GhBGLU5、GhBGLU14、GhBGLU18、GhBGLU26、GhBGLU34在抗病棉花中的表达水平显著高于感病品种，推测这些基因正向调控棉花黄萎病抗性。上述结果为进一步分析棉花BGLU家族基因的功能以及分子机制提供一定的理论基础。     

植物非生物胁迫应答相关转录因子研究进展

非生物逆境胁迫严重危害农作物的生产,并且转录因子在调节植物生长发育以及对外界环境胁迫方面起重要作用,而利用基因工程手段过量表达植物中与抗逆相关的转录因子,可提高下游多个植物抗逆基因的表达,从而提高植物的抗逆能力,因而转录因子受到广泛的关注,由此综述乙烯应答元件结合因子(AP2/EREBP)、MYB、WRKY、碱性亮氨酸拉链家族(bZIP)和HSFs五种植物应答非生物胁迫相关转录因子的结构特点、功能,以及它们在植物应答非生物胁迫方面的研究成果。     

陆地棉膜结合脂肪酸去饱和酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

膜结合脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase, FAD)是生物合成不饱和脂肪酸的关键酶。本研究以陆地棉基因组数据为基础，利用生物信息学方法对棉花FAD基因家族进行全基因组鉴定和进化分析。结果表明，陆地棉基因组中共含有37个FAD基因，进化分析发现这些基因分为4个亚家族，各亚家族成员数量不一，但相同亚家族成员含有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现28对复制基因全为片段复制基因，且都经历了严格的纯化选择作用。此外，在陆地棉FAD基因的启动子区域，发现了丰富的响应植物激素信号和逆境胁迫的顺式作用元件。转录组分析表明，陆地棉FAD基因家族响应干旱和盐胁迫，定量PCR分析表明施加外源褪黑素显著影响了FAD基因的表达。本研究结果为进一步解析FAD家族基因的功能奠定了基础。     

二倍体棉花热激转录因子HSFs家族全基因组生物信息学分析

热激因子(heat shock factors,HSFs)是生物体内调节热激应答的一类转录因子,在热胁迫信号转导和耐热性的产生过程中发挥了重要的作用。从已释放的二倍体亚洲棉和雷蒙德氏棉全基因组测序结果中分别鉴定到42个和40个HSFs蛋白家族成员,运用生物信息学分析其序列特征、亚细胞定位、聚类分析和保守基序等。结果表明,亚洲棉HSFs蛋白长度116~526个氨基酸,分子量13 748.4~60 028.2 u,等电点4.40~8.75;雷蒙德氏棉HSFs蛋白长度为190~528个氨基酸,分子量21 993.0~60 413.6 u,等电点4.36~9.50。染色体定位显示二倍体棉花中的HSFs基因不均匀分布在13条染色体上;聚类分析表明,HSFs蛋白序列分为A、B、C 3类,每一亚类中二倍体棉花与拟南芥的蛋白具有较高的同源性,趋向于聚集在一起,且每个亚组具有相同或相似的保守基序类型及排列顺序。     

海岛棉GbWRKY53基因的克隆与表达分析

黄萎病被称为棉花的"癌症",挖掘和鉴定抗病相关基因是棉花抗黄萎病分子育种的基础。WRKY转录因子在植物对生物和非生物胁迫应答过程中起重要调控作用。从高抗黄萎病品种海岛棉Pima90-53中克隆了WRKY转录因子Gb WRKY53,其开放阅读框(open reading frame,ORF)为999 bp,编码332个氨基酸,含有1个WRKY结构域及HXC型锌指结构,属于WRKY转录因子家族的第Ⅲ组。基因结构分析表明,Gb WRKY53基因有3个外显子和2个内含子。系统进化分析表明,Gb WRKY53与雷蒙德氏棉(Gossypiumr aimindii)Gr WRKY53的亲缘关系最近。当黄萎病菌诱导后,Gb WRKY53基因表达量呈先增加后降低的变化趋势,处理后12 h其表达量达到最大;水杨酸(SA)诱导后,Gb WRKY53表达量在8 h明显增加,且一直持续增高到24 h;而茉莉酸甲酯(MeJA)诱导后,Gb WRKY53表达量在12 h达到最高值随后下降,且其表达水平明显低于同时间水杨酸诱导后的表达量。1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)诱导后,Gb WRKY53基因表达量仅微量上调。由此推断,Gb WRKY53基因可能参与了复杂的植物信号途径并在棉花抗黄萎病菌胁迫应答中起重要作用。     

基于转录组的洋葱bHLH转录因子家族鉴定与生物信息学分析

bHLH转录因子家族是真核生物中重要的转录因子家族，在植物生长发育、次生代谢和逆境应答中发挥重要作用。本研究利用转录组数据对洋葱基因家族成员进行筛选和鉴定，并对家族成员进行理化性质、保守基序、亚细胞定位、系统发育和蛋白互作生物信息学分析，同时对bHLH基因家族在洋葱幼苗中的表达情况进行分析。结果表明，从洋葱转录组共鉴定到36个bHLH基因，预测编码蛋白质含有的氨基酸数量为127～610个，且均为亲水性蛋白，系统发育分析表明，洋葱bHLH基因家族分为12个亚族，同一亚族的大多数基因具有相似的保守基序，大多数bHLH基因在洋葱幼苗中表达，不同基因的表达量水平差异较大。本研究结果为进一步研究洋葱bHLH转录因子家族的生物学功能奠定了基础。     

水稻SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)基因应答非生物胁迫和激素的表达特性

AP2转录因子家族普遍存在于植物中,在调控植物发育过程中起到非常重要的作用。前期研究表明,SUPERNUMERARY BRACT(OsSNB)属于AP2转录因子亚家族成员,含有两个保守的AP2结构域,主要参与调控小穗分生组织向花分生组织的转换以及花器官的发育。利用RAP-DB水稻数据库搜索到基因OsSNB,通过序列分析发现 OsSNB启动子序列中含有GCC-box、ABRE、DRE、WRKY等应答非生物胁迫及激素信号的元件;基因表达分析表明,OsSNB基因的表达受NaCl、干旱胁迫和激素ABA以及乙烯前体ACC的诱导。这些结果表明水稻OsSNB基因可能参与调控逆境胁迫反应,在植物生长发育和非生物胁迫的应答中均具有重要功能。     

棉花SBP家族基因的鉴定与分析

为研究棉花Squamosa启动子结合蛋白(SBP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从棉花全基因组数据库中筛选并鉴定出83个棉花SBP家族成员,命名为GhSBP1—GhSBP83。并对该家族成员的蛋白质理化性质、多序列比对、系统进化树、基因染色体分布、基因结构、基因表达模式进行了全面分析。结果表明,棉花SBP转录因子家族可以分为8个亚族。棉花SBP基因分布在1—8号染色体以及11—13号染色体上。对NCBI中陆地棉的EST数据库进行比对分析,结果显示,40个棉花SBP转录因子家族成员在棉花的分生组织、茎、花、花芽、花药以及棉纤维中广泛表达。其中,GhSBP2、GhSBP4、GhSBP6等20多个基因在花药和棉纤维中均有表达,推测花药和棉纤维的生长发育可能同时受这些基因的控制。     

陆地棉trihelix转录因子基因响应非生物胁迫表达谱分析

【目的】对陆地棉trihelix转录因子基因在多种胁迫下的应答表达模式进行研究分析,为棉花抗逆相关基因克隆及阐明棉花抗逆分子机制奠定基础。【方法】根据已知24个trihelix转录因子EST序列设计引物,通过RT-PCR和qRT-PCR的方法分析棉花（Gossypium hirsutum L.）GhGT在高盐（200 mmol.L-1NaCl）、干旱、低温（4℃）等非生物胁迫和外源激素ABA（100 μmol.L-1）处理下的表达模式。【结果】12个基因响应高盐和干旱胁迫应答,7个基因响应冷胁迫应答,应答ABA处理的基因9个。此外,有3个基因（GhGT2、GhGT18和GhGT23）在4种处理下均有应答。【结论】GhGTs在陆地棉的非生物胁迫适应过程中可能具有重要的作用。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

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。     

棉花microRNA功能研究进展

MicroRNAs(miRNAs)是一类重要的基因表达调节因子,在植物生长发育、逆境胁迫应答等方面起到重要作用。随着深度测序技术的广泛应用,棉花(Gossypium hirsutum)中miRNAs的功能探究成为目前的研究热点。文章主要综述了miRNAs在棉花生物和非生物逆境应答、纤维发育、形态建成方面的功能,并对今后的发展方向和重点作了展望。