用最短路径传递共表达预测拟南芥基因功能

提出基因之间传递共表达可作为一个重要因素来连接同一代谢通路中的基因,而同一代谢通路中的功能相似的基因都是高表达相关的.因此可通过求代谢通路下的最短路径,南同在一条最短路径上的与未知基因高表达相关的已知基因来预测末知基因的功能.通过用最短路径算法分析拟南芥代谢通路下的共表达数据对未知基因的功能进行预测,证明了此方法可以预测出拟南芥代谢通路下未知基因的功能,并验证了通过在代谢通路下求最短路径来预测基因功能的方法具有一定的可行性和有效性. Abstract： The present paper predicted the function of unknow genes by analyzing the co-expression data of Arabidopsis thaliana from biological pathway based on the shortest-path algorithm.This paper proposed that transitive co-expression among genes can be used as an important attribute to link genes of the same biological pathway.The genes from the same biological pathway with similar functions are strongly correlated in expression.Moreover,the function of unknown genes can be predicted by the known genes where they are strongly correlated in expression lying on the same shortest-path from the biological pathway.Analyzing the Arabidopsis thaliana from the biological pathway,this study showed that this method can reliably reveal function of the unknown Arabidopsis thaliana genes and the approach of predicting gene function by transitiving coexpression in shortest-path is feasible and effective.     

盐胁迫下转 DcCIPK24 拟南芥的转录组比较分析

【 目 的】 探 究 铁 皮 石 斛（Dendrobium catenatum Lindl.）DcCIPK24 的 下 游 响 应 基 因， 为 研 究DcCIPK24 提高耐盐性的分子调控途径提供指导。【方法】利用 Illumina NovaSeq 6000 测序平台对 200 mmol/L NaCl 处理和对照组的转 DcCIPK24 拟南芥、野生型拟南芥进行测序，分析差异表达基因的富集通路，并对通路中的差异基因进行荧光定量 PCR 验证。【结果】盐胁迫下，从 2 个转基因拟南芥株系与野生型拟南芥的比较组合中共鉴定出 96 个差异表达基因；GO 注释分析发现 96 个差异基因主要被富集在分子功能相关通路；KEGG 富集分析发现差异基因主要被注释在氨基糖和核苷酸糖代谢、植物 MAPK 信号通路和甘油酯代谢通路中，选取上调表达的差异基因 AtGPAT5、AtSIRK、AtMEE25、AtUGE5 和下调表达基因 AtAMT1-2、AtATTI3、AtCYP71A25、AtLHCB4.3 进行实时荧光定量 PCR 验证，结果表明盐胁迫下 8 个差异基因表达趋势与转录组数据基本一致。【结论】盐胁迫下，DcCIPK24 主要通过氨基糖和核苷酸糖代谢途径、植物 MAPK 信号途径和甘油酯代谢通路响应耐盐。     

育成期高能饲喂下开产与未开产蛋鸡肝脏miRNA表达谱差异分析

【目的】对育成期高能饲喂下开产与未开产蛋鸡的肝脏进行miRNA高通量测序分析,探明高能饮食状态下蛋鸡肝脏中影响其开产的miRNA,为提高产蛋性能打下基础。【方法】以代谢能水平为12.14 MJ/kg的高能饲粮饲喂育成期蛋鸡,通过Illumina NextSeq500高通量测序平台对开产与未开产蛋鸡肝脏进行small RNA测序,使用DESeq分析miRNA表达量,并以实时荧光定量PCR进行验证;采用miRanda对差异表达miRNA进行靶基因和靶位点预测,同时以超几何分布对差异表达的靶基因进行GO功能注释分析和KEGG信号通路富集分析。【结果】 6个样本（3个开产蛋鸡样本,3个未开产蛋鸡样本）能注释到的miRNA均超过300个,约占miRBase中已鉴定鸡miRNA的30.00%,且前体鉴定结果显示各样本注释到的miRNA有部分定位在同一前体上。与未开产组样本相比,开产组样本有9个miRNA表达上调、3个miRNA表达下调。其中,gga-miR-132c-5p、gga-miR-132b-5p、gga-miR-2184a-5p、gga-miR-132c-3p、gga-miR-132b-3p及gga-miR-2184a-3p属于同一miRNA基因簇,且gga-miR-1682、gga-miR-132b-3p和gga-miR-2184a-3p等3个上调miRNA在未开产蛋鸡样本中不表达。通过miRanda共预测得到129个差异表达潜在靶基因,以miR-203a预测得到的靶基因最多,为32个;其次是gga-miR-2184a-5p、gga-miR-148a-5p和gga-miR-12211-5p,分别预测到30、25和23个靶基因;而miR-132c-5p预测得到的靶基因最少,仅为9个。129个靶基因显著注释到8条GO功能条目上,生物学过程（Biological process）主要注释到脂质代谢过程、细胞脂质代谢过程、脂质生物合成过程、磷脂生物合成过程、磷脂代谢过程、甘油磷脂生物合成过程和解剖学结构发育,分子功能（Molecular funcion）仅注释到1条GO功能条目,即利钠肽受体活性,未发现涉及细胞组分（Cellular component）的GO功能条目;在注释到的8条GO功能条目中有6条与脂质代谢相关,涉及的靶基因有22个,占总潜在靶基因的17.10%。KEGG信号通路富集分析结果显示共显著富集到7条KEGG信号通路,其中脂肪酸降解、脂肪酸生物合成、酮体合成与降解及PPAR信号通路等4条信号通路与脂质代谢相关。【结论】育成期高能饲喂下开产与未开产蛋鸡中共存在12个差异表达miRNA,涉及129个差异表达潜在靶基因,且主要富集在肝脏脂质代谢相关过程和信号通路,说明miRNA是通过调控脂质代谢及其相关基因表达而影响蛋鸡开产。     

高世代回交玉米矮秆种质的转录组分析

株高影响株型建成,与抗倒性、收获指数以及最终产量相关.对矮秆材料的研究有助于丰富对株高调控机理的认识.在前期研究中,对玉米矮秆材料D11的农艺与生理特征进行了分析.本研究基于高世代回交群体,通过转录组测序,对矮秆材料D11的基因表达调控进行解析.与株高正常植株相比,矮秆材料中共检测到2537个差异表达的基因,其中1120个基因表达上调、1417个基因表达下调.功能注释、GO富集、通路富集的结果表明,差异表达基因参与细胞延伸、细胞骨架功能、微管组织、叶绿体功能、植物激素合成代谢等.差异表达基因最显著富集的通路与糖酵解相关.共表达分析结果表明,编码果糖-1,6-双磷酸酶的基因与多个差异表达基因存在功能关联.该研究结果揭示了玉米矮秆材料中的基因表达调控,为后续玉米株高调控节点的发掘提供了参考.     

冷冻胁迫转金柑MLP2–1基因拟南芥的转录组测序和代谢通路

利用农杆菌介导的花序浸润法,将金柑(Fortunella margarita(Lour.)Swingle)MLP2–1基因转入野生型拟南芥(Col–1),对转MLP2–1基因拟南芥在冷冻胁迫下目的基因的转录组数据进行分析。结果显示:转MLP2–1基因拟南芥的抗冻能力强于野生型拟南芥;转录组测序分析表明,转MLP2–1拟南芥与野生型拟南芥植株差异表达基因为1 422个,其中551个表达上调,871个表达下调;差异表达基因数目在GO数据库注释到1 208个,在KEGG数据库中注释到474个,在COG数据库中注释到603个;KEGG代谢通路富集结果表明,差异表达基因主要集中在植物激素与信号转导代谢通路。     

南阳黑猪肌内脂质沉积相关lncRNA鉴定和功能预测

为了探讨长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)在南阳黑猪肌内脂肪沉积中的重要作用，通过分析已发表的南阳黑猪高脂组和低脂组背最长肌转录组数据，通过编码潜能预测获得可能的lncRNA,结合DESeq2软件筛选出在南阳黑猪高脂组和低脂组背最长肌差异表达基因和lncRNA,并通过GO和KEGG通路富集分析，找出与南阳黑猪肌内脂肪沉积相关的差异表达lncRNA。结果表明，通过编码潜能预测获得61个新的lncRNAs,新鉴定lncRNAs和已知lncRNAs与编码基因相比较表现出一些典型特征，如转录本长度较短、外显子数较少。差异表达分析发现，814个编码基因和98个lncRNA在低脂和高脂组背最长肌间差异表达。差异表达的基因参与了多种与脂质代谢相关的信号通路，如甘油三脂代谢、PPAR信号通路、脂肪酸生物合成、脂肪酸降解等。联合差异表达lncRNAs的靶基因预测和差异表达基因结果分析表明，一些lncRNA可能作用于潜在的靶基因，参与脂质代谢过程，调控背最长肌脂质沉积。研究结果为进一步深入研究与猪脂质沉积相关的lncRNA生物学功能及调控机制奠定了基础，在未来育种中改...     

AtCS82基因T-DNA插入突变体筛选和过表达转基因植株的获得

AtCS82是拟南芥中一个功能未知的基因,推测该基因可能与种子油脂合成代谢相关。为探明AtCS82基因的功能,采用半定量RT–PCR法对AtCS82基因在拟南芥不同组织(茎、叶、花、果荚)中的表达情况进行了分析,发现其在果荚中的表达量较高,而在茎、叶、花中的表达量明显偏低,推测AtCS82基因可能参与种子发育;使用三引物法对T–DNA插入突变体进行纯合子筛选,并通过RT–PCR检测纯合子植株中AtCS82基因的表达情况,试验结果证明获得了稳定遗传的AtCS82基因沉默纯合突变体;通过构建pCAMBIA1300–35S::CS82过表达载体,并转化拟南芥哥伦比亚野生型(Col)的方式,获得了AtCS82基因的过表达转基因植株。     

基于公共基因芯片的多农药代谢相关的拟南芥UGT基因挖掘

糖基转移酶1家族,也称尿苷二磷酸糖基转移酶(Uridine diphosphate glycosyltransferase,UGT),是植物解毒系统中最重要的多基因家族之一。该研究基于公共基因芯片数据对拟南芥(Arabidopsis thaliana)的106个UGT基因进行生物信息学分析,期望找到参与广谱农药代谢的UGT靶标。从NCBI数据库收集并重注释关于农药和除草剂安全剂处理的基因芯片数据,差异表达分析和聚类分析表明8个UGT在绝大部分农药处理中均显著转录上调,是重要候选基因。基因本体论(Gene ontology,GO)富集分析表明,候选UGT的共表达基因富集于植物4相代谢解毒过程,暗示这些UGT基因的广谱解毒能力。最后以候选UGT基因及其共表达基因构建共表达网络,发现网络中的桥接节点也参与了植物解毒过程,表明UGT76B4和UGT76B5是最关键的参与多种农药代谢的UGT基因。     

拟南芥缺失突变体at14a的比较转录组分析

以at14a相关基因型(野生、缺失)拟南芥植株为试验材料,利用转录组学和生物信息学等方法,分析野生型(col)、缺失突变体(at14a)拟南芥差异基因表达状况,初步探讨拟南芥AT14A的功能。结果表明:at14a在拟南芥植株根、茎、叶和花中均有表达,尤其在叶片中的表达量较高;相较于野生型,缺失突变体at14a中有194个差异基因,其中上调基因122个,下调基因72个;通过GO富集分析发现,2种基因型植株差异基因主要参与了应答胁迫过程,这表明at14a可能通过调控AT5G39610、AT1G53240、AT4G32770、AT1G02920、AT1G10760这些逆境胁迫相关基因的表达来参与应答胁迫。差异分子主要定位于细胞核,具有绑定的分子功能。通过pathway分析发现,2个基因型植株差异基因主要参与了核糖体代谢、碳水化合物代谢、光合等代谢途径。研究结果为深入研究at14a作用的分子机理奠定了基础。     

AT-hook基因AHL27过量表达延迟拟南芥开花

拟南芥中有29个被称为AHL的蛋白质 (AT-hook motif nuclear localized protein),但是大多数AT-hook蛋白的功能未知,其中AHL27蛋白含有一个AT-hook基序和一个PPC结构域。AHL27在不同器官的mRNA表达和GUS 组织化学染色分析表明,AHL27主要在根和花中表达;GFP-AHL27亚细胞定位显示AHL27蛋白是一个核定位蛋白。AHL27基因的过量表达,可抑制开花基因FT的表达,同时促进FLC的表达,从而延迟拟南芥在长日和短日条件下的开花时间。研究表明,AHL27基因在拟南芥的生长发育中起重要作用。     

番茄、拟南芥和葡萄中同型半胱氨酸S-甲基转移酶基因家族功能研究

同型半胱氨酸S-甲基转移酶（homocysteine S-methyltransferase,HMT）普遍存在于被子植物中,在植物合成甲硫氨酸过程中起着重要作用,其在拟南芥中的功能已有所研究,但该家族在其他植物中的功能尚不清楚。本文通过同源比对,获取番茄、拟南芥和葡萄中共8个HMT家族基因的信息,通过系统进化树分析,发现8个HMT蛋白形成2个分支;利用蛋白motif分析、蛋白结构域分析、基因外显子内含子结构分析,发现HMT蛋白在进化上较为保守。通过对拟南芥在非生物胁迫条件下HMT家族基因的表达水平进行分析,发现多个AtHMT基因对非生物胁迫尤其是冷胁迫、盐胁迫、干旱胁迫产生应答,表明HMT家族基因在非生物胁迫应答中的调控作用。另外,通过对番茄各组织在发育的各个阶段中HMT基因进行表达量分析,发现HMT基因可能在番茄种子发育、开花、果实成熟方面发挥作用。综上,本文对番茄、拟南芥和葡萄中HMT基因家族的生物信息学分析及基因表达数据进行了挖掘,对深入研究HMT基因在番茄、拟南芥和葡萄中的作用具有重要意义。     

拟南芥高迁移率族蛋白B(HMGB)族基因的克隆及表达分析(摘要)(英文)

[目的]为研究高等植物高迁移率族蛋白B家族的功能及作用模式。[方法]运用RT-PCR方法克隆出拟南芥HMGB蛋白家族中的3个基因:At2G34450、At5G23405、At5G23420,并运用SDS-PAGE、Northern检测及亚细胞定位等手段检测这3种蛋白在大肠杆菌及拟南芥中的表达。[结果]经鉴定,以上3种蛋白的分子量分别为17.5、17.0和27.5KD,在拟南芥中表达量At5G23420At5G23405At2G34450,且这3种蛋白均定位于细胞核内。[结论]该研究结果为深入研究高等植物中HMGB家族蛋白的生物学功能奠定了基础。     

白桦BpSPL8启动子的克隆及异源过表达BpSPL8对拟南芥耐旱性的影响

目的目前对植物SPL8的基因功能研究主要集中在开花和育性方面,而其在干旱胁迫响应中的作用却鲜有报道。本文克隆、分析了白桦BpSPL8启动子,并研究了BpSPL8基因在拟南芥中响应干旱胁迫的功能。方法通过PCR克隆技术得到了白桦BpSPL8启动子;利用PLACE和PlantCARE软件对BpSPL8启动子顺式作用元件进行了预测。构建了BpSPL8启动子驱动GUS（β-葡萄糖苷酸酶编码基因）的植物表达载体,并采用浸花法将其转化至拟南芥中;继而利用GUS染色分析了BpSPL8启动子的组织表达模式;同时对BpSPL8在PEG处理下的表达水平进行了qRT-PCR分析。最后,以过表达BpSPL8拟南芥为材料来探究BpSPL8在干旱胁迫下的生物学功能。结果启动子元件分析显示,BpSPL8启动子中含有组织特异表达、光响应、激素响应及多个胁迫响应元件。GUS染色结果表明,BpSPL8启动子可在拟南芥的下胚轴、叶片、叶柄、根和花序中启动GUS基因表达。BpSPL8基因在PEG处理下的野生型白桦的根和叶片中均呈现先上调后下调的表达趋势。干旱胁迫下,过表达BpSPL8拟南芥的存活率和脯氨酸含量均显著低于野生型,丙二醛含量显著高于野生型;两个已知的抗逆基因DR29B和P5CS1在干旱处理后的野生型和转基因拟南芥中均上调表达;但在转基因拟南芥中呈现出延迟上调的表达模式。结论异源过表达白桦BpSPL8能够降低拟南芥的耐旱性,并在干旱胁迫下影响抗性基因DR29B和P5CS1的表达模式。      

拟南芥高迁移率族蛋白B(HMGB)族基因的克隆及表达分析

[目的]为研究高等植物高迁移率族蛋白B家族的功能及作用模式。[方法]运用RT-PCR方法克隆出拟南芥HMGB蛋白家族中的3个基因：At2G34450、At5G23405、At5G23420,并运用SDS-PAGE、Northern检测及亚细胞定位等手段检测这3种蛋白在大肠杆菌及拟南芥中的表达。[结果]经鉴定,以上3种蛋白的分子量分别为17.5、17.0和27.5 kD,在拟南芥中表达量At5G23420〉At5G23405〉At2G34450,且这3种蛋白均定位于细胞核内。[结论]该研究结果为深入研究高等植物中HMGB家族蛋白的生物学功能奠定了基础。     

玉米虫害诱导基因启动子在拟南芥中的活性分析

植物在感知到虫害信号后会经过复杂的转录调控,开启防御基因的表达。这一过程大多受到茉莉酸信号途径的调控,现有的相关研究主要集中在双子叶模式植物拟南芥中,在单子叶植物玉米中是否具有相似的转录调控模式目前尚不清楚。为了探索这一问题,从被玉米螟咬食和150 μmol/L JA处理12 h的RNAseq玉米文库中获得两个同时受诱导的基因,Zm281和ZmPal,重点对其启动子的诱导活性进行了分析。结果表明,这两个玉米启动子在未受JA处理的拟南芥中不能启动GUS报告基因的表达,但是在茉莉酸诱导后GUS报告基因受到强烈诱导,且在各组织器官中均有表达。该结果表明受虫咬后诱导表达的基因同时受JA的诱导,可为研究JA诱导虫害应答的分子机理奠定基础。     

拟南芥VTC1的5’UTR内含子功能分析

拟南芥VTC1(At VTC1)是维生素C(Vc)的主要合成途径—L-半乳糖途径的关键酶之一,At VTC1在转录水平和转录后水平均受到调控。通过生物信息学分析发现At VTC1的5’UTR(5’untranslated regions,5’非翻译区)中包含一个内含子,将5’UTR和启动子不同删除片段与报告基因GUS融合,通过检测转基因拟南芥的GUS活性发现这些片段均能启动GUS的高度表达;然而,将5’UTR中的内含子删除后,GUS的表达明显降低,但5’UTR自身并不能启动GUS的表达。序列分析发现,At VTC1的5’UTR内含子包含有多个增强其功能的特征序列,如GATCTG基序。同时,At VTC1在拟南芥和水稻的同源基因中同样具有5’UTR内含子。以上结果表明,At VTC1的5’UTR内含子可能具有增强子的功能,分析保守的5’UTR内含子功能为进一步探究在转录水平上的Vc合成调控机制奠定基础。     

The design of aided software for osmotic stress responding genes mining in plant genome

A software and algorithm which based on random sequence model uses osmotic stress responding cis elements from existing information sources of biology was designed.It can infer the genic downstream function of Arabidopsis thaliana through analyzing its promoter region,and can offer effective aided analysis to mine osmotic stress responding genes in Arabidopsis thaliana genome.The practical application proves that this software can aid to analyze vast genic data and offer important data evidence.     

大白菜GIF蛋白家族的生物信息学分析

GIF(GRF-interacting factor)家族是一类含有SNH和QG结构域的蛋白质,可与GRF(Growth reg-ulating factor)转录因子蛋白相结合形成功能复合体,通过促进和维持细胞的分裂能力参与调控植物叶器官的发育。本研究系统鉴定了5个大白菜的GIF基因,并对这些基因编码的蛋白质序列进行了保守性和系统进化分析,最后对BrGIF1基因的表达进行了分析。结果表明,所有的大白菜和拟南芥GIF蛋白家族成员都具有高度保守的SNH和QG结构域。在进化上,GIF蛋白家族可分为两个不同的亚家族,并且这种特征在大白菜和拟南芥分离之前就已经形成。在表达模式上,BrGIF1基因在具有较大叶球的白菜自交系以及具有较强细胞分裂能力的组织中的转录表达水平较高。另外,BrGIF1基因的表达受到NAA的诱导和ABA的抑制。这些结果表明大白菜GIF蛋白可能具有和拟南芥GIF蛋白相似的生物学功能,在调控植物器官发育中具有重要作用。     

表达谱芯片对灰绿藜和水稻NHX1基因在转基因拟南芥中表达差异的研究

[目的]基因芯片作为高通量、高效率的DNA分析技术,已被广泛地用于植物抗逆性功能基因的分析之中.为探讨盐生植物和甜土植物NHX1基因调控盐应答过程和亲水性C端的功能研究提供借鉴,进一步揭示盐生植物和甜土植物耐盐机制的差异,为植物耐盐机理的实际应用提供依据.[方法]利用Affymetrix拟南芥表达谱芯片对过表达盐生植物灰绿藜和甜土植物水稻NHX1基因及缺失部分C端基因的转基因拟南芥进行基因表达差异的分析.[结果]在盐胁迫的转基因拟南芥组织中,筛选出在四组转基因型拟南芥中共同差异表达的基因有394条,占筛选基因总数的1.64;,其中上调表达的基因有177条,下调表达的基因有217条.将这些差异基因初步分为12类, 包括非生物性与生物性刺激的应答过程、胁迫应答过程、电子转移和能量途径、信号转导和转录等功能类别.[结论]表明植物耐盐过程是一个多基因参与的复杂的变化过程, 涉及到许多相关基因的变化.联系两两比较散点图和聚类分析结果从理论上说明,转基因拟南芥cgNHX1,cgNHX1dc,osNHX1和osNHX1dc耐盐性有依次减弱的趋势.     

毛竹早期光诱导蛋白基因克隆及功能分析

  目的  探究早期光诱导蛋白(ELIP)基因在竹子光保护中的作用,为进一步阐述竹子光保护机制提供参考依据。  方法  以毛竹Phyllostachys edulis实生苗为材料,在前期研究的基础上克隆毛竹ELIP基因,利用qRT-PCR技术研究其在不同光照诱导下的表达谱,同时通过在拟南芥Arabidopsis thaliana中异位表达对1个基因的功能进行初步鉴定。  结果  克隆获得了3个毛竹ELIP基因(PeELIP1、PeELIP2和PeELIP3),分别编码165、179和182个氨基酸。蛋白结构分析表明:3个PeELIPs蛋白均具有典型的捕光叶绿素a/b结合蛋白功能域,含3个α-螺旋跨膜结构,属于叶绿素a/b结合蛋白超家族。序列比对及进化分析表明:PeELIPs与水稻Oryza sativa、玉米Zea mays等单子叶植物的ELIPs相似性较高,同源性达72%以上,聚类在同一分支。qRT-PCR分析表明:3个PeELIPs基因在毛竹黄化苗中仅检测到微弱表达,光照处理使3个基因的表达量均显著上调;同时在正常毛竹实生苗叶片中,随着光照强度的增强和强光胁迫处理时间的延长,3个PeELIPs基因的表达量都显著上调。过表达PeELIP3可减缓转基因拟南芥在强光下F_v/F_m的下降幅度,但未影响转基因植株的非光化学猝灭系数。  结论  毛竹中至少存在3个PeELIPs,且其表达均受光照的诱导。过量表达PeELIP3能够减缓转基因拟南芥受光抑制的程度,具有一定的光保护作用。图8表1参40