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。     

大豆MIR156基因家族起源与进化模式研究

Micro RNA(mi RNA)是小分子RNA,参与靶基因转录后调控,长度通常为20~22 nt。MIR156基因在植物中分布广,是目前已知第一个与植物年龄有关的小分子RNA,表达量随植物年龄增长而逐渐减少,对植物生长发育起重要调控作用。研究基于古多倍体大豆基因组共线性分析,结合mi RBase收录数据和预测获取的基因,从进化角度对该基因家族进行系统分析。通过对大豆MIR156基因家族成员分布、复制模式、扩张模式和分子系统发育分析,揭示这一古老基因家族基本起源模式。结果表明,该家族由多个祖先基因起源,以全基因组复制及大片段复制等方式发展。研究从方法和结论上对系统分析植物小分子RNA起源和进化具有重要意义。     

杨树干旱胁迫响应转录因子的研究进展

转录因子是杨树干旱胁迫应答分子调控网络中的重要组成部分之一,通过特异性结合干旱响应相关基因启动子区的顺式作用元件,调控下游靶基因的转录表达,从而参与杨树干旱胁迫响应过程。杨树WRKY、NAC、bZIP、MYB和AP2/ERF是干旱胁迫响应分子机制研究中最主要的五大转录因子家族,每个家族拥有超过80个成员。本文简要介绍了杨树干旱胁迫转录组学研究进展,系统总结和概括了杨树这五类转录因子的结构特征与亚家族分类、调控下游靶基因表达的方式及其在参与调控干旱信号转导网络中的作用等方面的研究进展,并对存在的问题与未来研究进行展望,旨在深入了解杨树耐旱分子机理,为培育抗旱型杨树新品种提供参考。     

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.     

甜橙乙烯诱导酯酶基因家族的进化

为了解甜橙乙烯诱导酯酶基因（Citrus sinensis Ethylene-induced esterase gene、CsEIE）家族成员的进化历 史与功能分化、检索比对了甜橙基因组尧TAIR 数据库尧Phytozome 数据库和NCBI EST 数据库中多个物种的EIE 家族 基因、分析了甜橙中该基因家族的全部18 个成员的基因结构尧染色体分布尧蛋白结构域尧保守序列尧基因表达尧进化 选择方向以及系统发生关系。结果表明、CsEIE 家族成员分布在4 条染色体中、通常呈串联重复排列;不同基因的外 显子数目变异范围为1~5;该基因家族绝大多数成员含有3 个保守基序。系统发生学分析结果显示、被子植物EIE 家 族基因聚为3 个分支、表明EIE 基因家族是在被子植物分支前就已存在的古老的多基因家族、家族成员目前的分布 现状是基因不断重复和丢失的结果。系统发生树中、甜橙CsEIE1~CsEIE8 属于同一分支、推测其是在柑桔与研究中 其他物种分化后经多次基因重复事件产生。该分支在其他被子植物中也同样有多个经独立基因重复事件形成的旁 系同源、而另外两支中发生的重复事件要少得多。表达分析结果显示、CsEIE 基因家族在转录活性尧表达模式上已经 出现了较大的分化。所有结果表明CsEIE 基因家族仍在扩张、各成员在经受不同的选择压力。     

黄瓜AQP基因家族的鉴定与生物信息学分析

  目的  深入研究黄瓜Cucumis sativus水通道蛋白(aquaporin, AQP)基因家族(CsAQP)的相关功能。  方法  通过全基因组分析技术鉴定其家族成员,对其蛋白质理化性质、系统进化关系、选择压力、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  黄瓜基因组共有33个AQP基因,含有2~5个数量不等的外显子,在染色体上不均匀分布;根据物种进化关系将黄瓜AQP基因家族划分为5个亚家族;基因组重复序列分析表明:5号和6号染色体上各有2~3对基因串联重复;计算这些基因的同义替换(synonymous, K_s)和非同义替换(nonSynonymous, K_a)的比率,结果显示均小于1,表明其进化受纯化选择作用;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、光响应、胁迫密切相关。  结论  通过黄瓜全基因组扫描,获得黄瓜基因组的33个AQP家族成员,分属于5个亚族,映射于7条染色体上。上游启动子区含逆境相关作用元件,且部分基因参与串联复制,历经纯化选择。图6表4参26     

桑树Aux/IAA基因家族鉴定与IBA处理下表达模式分析

【目的】在全基因组范围内鉴定桑树Aux/IAA基因家族成员，并研究在IBA处理下对该家族基因表达模式的影响，为深入研究桑树Aux/IAA基因家族的功能提供依据。【方法】通过本地川桑全基因组数据对桑树Aux/IAA基因家族成员进行鉴定分析，包括蛋白质理化性质分析、系统进化树构建、基因结构分析、蛋白质三级结构及蛋白互作关联分析、启动子顺式作用元件分析。并以“强桑1号”扦插枝为试验材料，对其进行1 000 mg·L^-1 IBA处理和清水对照处理，分析处理后10、20、30、40 d的MnAux/IAA基因家族的表达模式。【结果】MnAux/IAA基因家族共有51个成员，分为8个亚家族，AtIAA基因家族分布在其中6个亚家族中；51个基因家族成员均有外显子和内含子，仅有1个成员无UTR;顺式作用元件表明，MnAux/IAA基因家族对光、激素、逆境胁迫等都有相应的调控作用；蛋白质同族进化序列的基因结构相似度较高，但族间差异较大；IBA处理后，47个基因表达量会有不同程度的提升，而基因MnAux/IAA34、MnAux/IAA33、MnAux/IAA32在表达量上有较大程度的...     

毛竹GRF基因家族全基因组鉴定与表达分析

  目的  探究毛竹Phyllostachys edulis GRF基因家族的性质、结构特点以及在不同组织中的表达水平,为进一步研究GRF在毛竹生长发育中的分子作用机制奠定基础。  方法  采用生物信息学方法,对毛竹全基因组和转录组信息进行分析,筛选出13个毛竹GRF基因家族成员,并对GRF基因家族的理化性质、进化、基因结构、保守结构域、启动子、基因家族表达模式及三级结构进行分析。  结果  毛竹GRF基因家族成员按照其在scaffold上分布的位置,分别被命名为PeGRF01~PeGRF13;将含有3个内含子的PeGRF04和PeGRF12归为非ε组,其余为ε组。毛竹各GRF基因家族成员理化性质存在一定的差异,但是其结构域相对保守,均含有14/3/3结构域。毛竹GRF家族启动子区含有大量与光响应、低温响应、激素调控等相关的顺式作用元件。毛竹GRF存在基因复制扩增的现象,与水稻Oryza sativa的共线性关系明显高于拟南芥Arabidopsis thaliana。毛竹GRF在不同组织器官中均有表达,各家族成员的表达量存在差异;在毛竹花和根组织中的表达量略高于叶和鞭,同时家族成员间的表达量也存在一定差异。GRF蛋白质由2个单体构成,每个单体由9个α-螺旋构成,整体结构呈“W”型。  结论  毛竹GRF基因家族具有典型的14/3/3结构域,可能参与根、鞭、叶、花序及笋芽的生长发育过程。图6表1参39     

植物避荫反应调控机制研究获得新突破

正近日,中国农业科学院生物技术研究所科研团队在高等植物避荫反应调控机制方面取得新进展,首次阐明了光敏色素和基因调控模块之间的互作联系,完善了避荫反应的调控机理,为耐荫、耐密植作物新品种的培育奠定了理论基础。生物所研究团队发现拟南芥在遮荫条件下光敏色素的功能受到抑制,导致其互作因子(PIFs)蛋白快速积累,并且这些PIF蛋白能与MIR156基因家族多个成员启动子直接结合并抑     

黄瓜ERF基因家族鉴定及其在雌花芽分化中的表达分析

【目的】通过以黄瓜9930_V2版本基因组为参照进行生物信息学分析,对ERF基因家族在基因组中的数量、结构以及表达特征进行分析,为研究ERF转录因子在黄瓜雌花分化与发育中的作用提供数据支持。【方法】根据已报道的拟南芥ERF,利用黄瓜基因组数据库中9930_V2版本基因组进行BLAST比对,通过MEGA、MEME、TBtools、ExPASy等工具进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测不同性型黄瓜材料、雌花发育初期不同阶段中ERF基因家族成员的表达水平。采用酵母单杂交方法验证家族成员与乙烯响应元件GCC-box的互作。【结果】从黄瓜材料9930基因组中鉴定得到138个ERF基因家族成员,共分为10个亚族,编码氨基酸长度介于126—745。按照基因家族成员在染色体上的位置分布,将其命名为CsERF1-CsERF138。多序列比对和motif分析结果表明,黄瓜ERF基因家族均具有AP2/ERF结构域,其中4个成员具有B3结构域。表达分析结果显示,在不同性型材料中共有19个ERF家族成员差异表达,其中9个在FFMMAA基因型中高表达,10个在ffMMAA基因型中高表达。通过雌花芽发育初期ERF家族成员的表达趋势分析,发现31个ERF随子房发育表达上调,30个表达下调。初步证明CsERF9和CsERF31具有结合GCC-box元件的功能。【结论】从黄瓜基因组中鉴定出138个ERF基因家族成员,均拥有1个或多个AP2/ERF结构域;其中部分成员在不同性型材料中差异表达,并可能参与雌花分化初期的基因表达调控;部分成员具有结合保守元件GCC-box调控下游基因表达的功能。     

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。     

苜蓿miR156及其靶基因生物信息学分析

【目的】分析苜蓿miR156(mtr-miR156)基因家族的序列组成及基因表达功能，为mtr-miR156跨界调控的研究提供理论基础。【方法】应用PmiREN数据库检索并分析mtr-miR156家族成员成熟序列、茎环序列和成熟序列染色体定位信息，weblogo在线网站对mtr-miR156家族成熟序列、茎环序列进行保守性分析，DNAMAN软件分析茎环序列同源性，同时利用联川生物云平台和TargentScan在线网站预测并下载获得mtr-miR156a的靶基因、靶基因GO功能富集分析和KEGG通路富集分析，通过RNAhybrid在线网站比对预测到的所有靶基因与mtr-miR156a的结合位点和结合自由能值，选择符合自由能值的靶基因进行靶基因功能分析。【结果】PmiREN数据库共检索到10个mtr-miR156家族成员；10个成员成熟序列共定位在3条染色体上；10个成员中有8个成员成熟序列完全一致，其余2个成员成熟序列高度保守；10个成员茎环序列中位于成熟序列位置的碱基与成熟序列完全一致；茎环序列同源树分析结果显示10个成员共分为3个分支，mtr-miR156g与其他成员的亲缘关系最远；...     

小麦TaBTLs基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

【目的】鉴定和分析小麦TaBTLs基因家族成员。【方法】通过生物信息学方法，分析小麦TaBTLs家族成员的数量、生化性质、基因结构、共线性关系、系统进化关系和启动子顺式作用元件；利用小麦RNA-Seq数据，分析TaBTL基因在不同组织器官和发育时期的表达模式以及对非生物胁迫的响应水平。【结果】小麦共有35个TaBTLs基因家族成员，所有成员均含RING-H2和BZF保守结构域，相对分子量介于29.64～45.16 ku之间。TaBTLs基因分布在除2A、2B和2D染色体以外的所有染色体上，且各成员之间存在大量重复事件。不同物种间BTLs基因分为7个亚族。TaBTLs基因在启动子区域存在大量的植物生长发育和逆境响应顺式作用元件；该基因家族成员在不同的组织和器官中广泛表达，并且受盐和干旱胁迫诱导。【结论】研究结果为阐明TaBTLs基因家族的进化关系和进一步研究其家族成员的功能提供理论依据和前期工作基础。     

杨树14-3-3基因家族的分子进化及表达模式研究

14-3-3蛋白在植物细胞信号传导中发挥重要的作用,探索木本植物14-3-3蛋白家族的进化模式对深入理解该基因家族的功能有重要的指导意义。本文采用生物信息学的方法,在基因组水平上搜索和鉴定了12个杨树14-3-3蛋白基因,其中ε类有7个,非ε类有5个。通过对杨树14-3-3基因家族的系统进化、序列相似性、基因结构和染色体位置分析,发现杨树14-3-3基因的扩张主要是通过最近的一次全基因组加倍事件产生的。在全基因组加倍事件中共产生5对重复基因对,Ka/Ks分析显示这5对重复基因对处于较强的净化选择压力。RT-PCR分析显示在杨树12个14-3-3基因中有8个在不同组织中均表达,另外4个基因的表达部位发生了变异。因此,杨树14-3-3基因家族的分子进化及表达模式的研究结果预示着基因重复后其功能发生了分化。     

黄瓜ERF基因家族鉴定及其在雌花芽分化中的表达分析

【目的】通过以黄瓜9930_V2版本基因组为参照进行生物信息学分析,对ERF基因家族在基因组中的数量、结构以及表达特征进行分析,为研究ERF转录因子在黄瓜雌花分化与发育中的作用提供数据支持。【方法】根据已报道的拟南芥ERF,利用黄瓜基因组数据库中9930_V2版本基因组进行BLAST比对,通过MEGA、MEME、TBtools、ExPASy等工具进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测不同性型黄瓜材料、雌花发育初期不同阶段中ERF基因家族成员的表达水平。采用酵母单杂交方法验证家族成员与乙烯响应元件GCC-box的互作。【结果】从黄瓜材料9930基因组中鉴定得到138个ERF基因家族成员,共分为10个亚族,编码氨基酸长度介于126—745。按照基因家族成员在染色体上的位置分布,将其命名为CsERF1-CsERF138。多序列比对和motif分析结果表明,黄瓜ERF基因家族均具有AP2/ERF结构域,其中4个成员具有B3结构域。表达分析结果显示,在不同性型材料中共有19个ERF家族成员差异表达,其中9个在FFMMAA基因型中高表达,10个在ffMMAA基因型中高表达。通过雌花芽发育初期ERF家族成员的表达趋势分析,发现31个ERF随子房发育表达上调,30个表达下调。初步证明CsERF9和CsERF31具有结合GCC-box元件的功能。【结论】从黄瓜基因组中鉴定出138个ERF基因家族成员,均拥有1个或多个AP2/ERF结构域;其中部分成员在不同性型材料中差异表达,并可能参与雌花分化初期的基因表达调控;部分成员具有结合保守元件GCC-box调控下游基因表达的功能。     

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。     

枳漆酶基因家族鉴定及其响应盐胁迫的表达分析

漆酶(LAC)是植物木质素生物合成中催化木质素单体聚合的关键酶，在调控植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要作用。对枳漆酶基因家族进行鉴定和分析，并探究其在盐胁迫下的表达模式，可为进一步研究枳漆酶基因功能提供重要的参考信息。采用生物信息学手段鉴定枳漆酶基因家族成员，对其家族成员的理化性质、基因结构、系统进化关系、启动子顺式作用元件等进行分析，并通过qRT-PCR方法分析其盐胁迫表达模式。结果表明，枳基因组中共有20个LAC基因家族成员，其中18个分布在5条已知染色体上，2个分布在未知染色体上，被预测定位到细胞膜和细胞核中；共有6～14个外显子，5～13个内含子，9～11个motif;系统进化树分析结果显示，20个枳LAC基因家族成员与17个拟南芥LAC基因家族成员共分成7个亚组，20个枳LAC基因家族成员分布在其中的6组；20个枳LAC基因家族成员与拟南芥LAC基因间存在19对共线性关系；启动子区域含有24种顺式作用元件，其中厌氧诱导元件、干旱响应元件和茉莉酸甲酯响应元件数量最多；16个枳LAC基因在盐胁迫下显著上调表达，推测枳漆酶基因参与了盐胁迫响应。     

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。     

柳树株型调控CCO基因家族全基因组鉴定及表达模式

为研究柳树的株型调控机理，分析了欧洲红皮柳(Salix purpurea)类胡萝卜素裂解氧化酶(CCO)基因家族，对其进行全基因组鉴定和表达谱分析。在biolinux系统中，通过生物信息学方法，对其理化性质、基因结构、进化特性、染色体定位和启动子元件等进行了分析。结果表明：筛选得到15个红皮柳CCO基因家族成员，系统进化树分析将该基因家族中的15个成员分成5个亚家族，无NCED5、NCED9亚类。进化过程中有4对是由基因串联复制事件演化而来，其他5对是由于基因组的片段复制事件。分析了启动子区域相关的胁迫响应元件和激素响应元件，外源激素处理灌木柳发现CCD7表达受抑制，SpCCD8在茎段中与赤霉素处理表型呈正相关，为分枝调控基因。     

毛果杨ZHD家族全基因组水平鉴定及在干旱胁迫下的表达分析

  目的  对毛果杨Populus trichocarpa ZHD (PtrZHD)家族进行生物信息学以及干旱胁迫下表达特性分析,为研究PtrZHD在干旱胁迫中的功能提供参考。  方法  利用生物信息学方法从全基因组水平鉴定出毛果杨ZHD家族全部成员,并对其进化、理化性质、基因结构、保守基序、启动子顺式作用元件和表达特性进行分析。  结果  毛果杨ZHD家族包括21个成员,可分为7个亚家族;有8对同源基因,且非同义替换率(K_a)/同义替换率(K_s)值远小于1。该家族成员理化性质存在差异,但其结构较为保守,均含有Motif 1;启动子区含有数量不等的激素和非生物胁迫响应元件,不同基因之间响应元件的种类存在差异。在毛果杨PtrZHDs中,分别有1、7和13个基因在根、茎和叶组织中具有偏好性表达特征;PtrZHD家族成员对干旱胁迫的响应具有组织和时间表达特异性,在根、茎和叶部组织中各成员的表达量不同,但随着干旱胁迫时间的增加均呈先上升后下降的趋势。  结论  PtrZHD家族基因对干旱胁迫有不同程度的响应,可调控毛果杨对干旱胁迫的应答。图6表2参27