小桐子Dof基因家族生物信息学与表达分析

Dof转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起重要的调控作用。在本研究中,总共24个小桐子Dof基因被鉴定。保守域分析结果表明,小桐子Dof蛋白的结构域均含有CX2CX21CX2C基序。染色体定位分析结果表明,23个Dof基因不均匀地分布在9个连锁群(LGs)上。系统发育树表明,24个小桐子Dof蛋白被分成9个组。在这24个Dof基因中,大多数在被检测的组织中显示出差异表达; 14个Dof基因的表达在至少1个胁迫(干旱或盐胁迫)条件下显示出增加或者降低。在这14个差异表达Dof基因中,8个Dof基因(Jc Dof4、Jc Dof8、Jcdof9、Jcdof10、Jcdof11、Jcdof21 Jcdof22、Jcdof24)在至少1个处理时间点表现出对干旱和盐胁迫响应,2个基因(Jc Dof2、Jc Dof23)仅对盐胁迫响应,4个基因(Jc Dof3、Jc Dof5、Jc Dof17、Jc Dof20)仅对干旱胁迫响应。该结果将为进一步研究Dof基因在调控小桐子生长发育和非生物胁迫响应中的作用提供一些有价值的信息。     

绿豆Dof家族基因的生物信息学分析及盐胁迫下的表达分析

【目的】Dof家族基因是植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育、细胞的防御反应等方面具有重要的调控作用。【方法】本文从绿豆转录组数据库中筛选出41条Dof基因,对其蛋白序列进行生物信息学分析和盐胁迫下表达分析。【结果】Dof基因分布在除6号染色体外的1～11号染色体上,都具有1个高度保守的结构域;Dof蛋白含有5～28个磷酸化位点,并且都定位在细胞核里;系统进化分析将Dof基因分为8个组别,分析发现相同组别的Dof基因有相似的基因结构和蛋白基序,而不同组别间则存在差异;Dof基因能够响应盐胁迫,但不同胁迫时间基因间的表达模式存在差异,同组别的基因表达模式存在一定程度的相似性。【结论】相同组别的Dof基因具有相似的基因结构和蛋白基序,推测它们有相似的生物学功能。Dof基因能够不同程度响应盐胁迫,说明它们在绿豆抵御盐胁迫中发挥不同作用,这些分析结果将为绿豆Dof基因功能研究提供参考。     

芥菜全基因组中Hsf基因家族鉴定与分析

【目的】通过鉴定与分析芥菜基因组中Hsf转录因子家族成员,为芥菜Hsf基因功能研究与遗传改良提高抗逆性提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析芥菜Hsf热激转录因子家族成员的功能结构、保守基序、启动子顺式作用元件、系统进化、共线性及采用RNA-seq验证Hsf低温胁迫的基因表达。【结果】芥菜基因组中鉴定出71个Hsf基因家族成员,分布于18条染色体上,归类为3个亚家族,蛋白均含有DBD和HR-A/B结构域。BjuHsf启动子区域包含与逆境胁迫、激素、生长发育等相关顺式作用元件。系统进化与共线性分析表明,芥菜Hsf家族成员与大白菜Hsf家族成员具有更近的亲缘关系。在低温胁迫下,BjuHsf基因表达分析表明8个BjuHsf基因显著上调表达。【结论】这些显著差异表达BjuHsf基因与芥菜抗寒性极其相关,可作为芥菜耐寒性遗传改良的候选基因。     

玉米DREB转录因子家族的全基因组鉴定与分析

借助生物信息学手段,从玉米DREB家族基因的鉴定、基因结构、顺式作用元件等多角度进行解析,以期了解其在抗逆途径中的潜在功能。结果表明：玉米中共有87个DREB家族成员,分为6个亚组,理化性质分析结果表明其编码的氨基酸序列长度为125～452个氨基酸,均编码亲水性蛋白;在玉米10条染色体上均有分布,在4号、5号染色体长臂处较为集中;仅有少数基因含有内含子,大多数成员只以CDS的形式存在且在各亚组之间保守;启动子区域除含有MBS等响应干旱胁迫的元件外,还含有响应赤霉素、ABA、MeJA等相关调控途径的元件;物种共线性分析结果表明,高粱与玉米DREB家族成员之间存在共线性特征,且部分基因呈现倍性关系;基于转录组数据的表达模式分析显示,在干旱、盐、干旱和盐双重胁迫处理下,仅有几个基因的表达水平显著升高,多数DREB家族基因以下调的表达方式参与胁迫响应。     

大豆转录因子GmDof1.5的克隆与非生物胁迫诱导表达

Dof转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起重要的调控作用。利用RT-PCR技术从大豆中克隆了一个功能未知的Dof转录因子基因GmDof1.5,该基因位于大豆基因组15号染色体上,ORF全长540 bp,编码含有179个氨基酸的蛋白质,相对分子质量为20.15 ku,等电点为9.82。蛋白序列预测发现,GmDof1.5蛋白含有一个典型Zf-Dof结合域,且含有大量磷酸化位点。蛋白系统进化分析表明,大豆GmDof1.5与豆科植物鸡血藤SsDof4的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果显示,ABA、干旱、高盐、高温和低温胁迫均可不同程度地诱导GmDof1.5的表达,且GmDof1.5对高温胁迫的响应最为显著。     

甘薯基因组bHLH转录因子鉴定与逆境胁迫表达分析

利用生物信息学方法从未经注释的甘薯(Ipomoea batatas)基因组中鉴定得到143个bHLH转录因子,对其保守结构域、motif组成、染色体分布情况、系统进化以及尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f. sp.batatas,Fob)胁迫下和低温胁迫下的差异表达基因进行分析.结果表明,甘薯bHLH结构域约由54个氨基酸组成,其中21个氨基酸位点保守性在50%以上;74.8%(107个)的家族成员具有E-盒结合活性,56.6%(81个)的家族成员具G-盒结合活性.bHLH基因在15条染色体上的分布不均匀,在1、2、5、6以及14号染色体上分布较多,9和12号染色体上分布较少.MEME分析得到甘薯bHLH转录因子含有5个保守基序,motif 1和motif 2共同组成了bHLH结构域,存在于90%以上的家族成员中;系统进化分析将甘薯bHLH基因家族分为22个亚组.甘薯bHLH转录因子中有6个家族成员响应尖孢镰刀菌胁迫,其中4个基因表达下调,2个基因表达上调;在低温胁迫下甘薯bHLH家族成员中有44个基因表达量发生变化,其中13个基因在4个处理组中表达量均有变化,8个基因表达下调,5个基因表达上调.     

水稻Dof转录因子家族的鉴定与生物信息学分析

为了在全基因组水平上鉴定水稻Dof转录因子家族基本生物学特征,本研究对30个水稻Dof转录因子进行了聚类及功能结构域的分析。结合蛋白质氨基酸序列比对结果,明确了该家族所有基因均具有高度保守的Dof结构域;此外,对水稻、拟南芥、二穗短柄草和高粱中Dof家族同源基因的聚类分析表明该家族基因在植物中具有高度同源性。利用Me Me程序进一步分析了水稻Dof转录因子家族的基序特征,结果与聚类分析具有一致性;通过对染色体复制情况的研究,明确了部分Dof基因在水稻本身以及水稻与其他物种之间存在种内和种间的局部染色体复制;结合生物芯片数据,进一步研究了水稻Dof基因在不同组织中的表达,结果显示部分Dof基因在叶片或根、茎部位呈现高表达,部分Dof基因在生殖器官呈现高表达,推测这些Dof基因可能参与这些特定组织的发育。     

谷子GATA基因家族的鉴定及表达分析

本研究从谷子基因组水平鉴定出33个SiGATA成员,命名为 SiGATA1～ SiGATA33。利用生物信息学方法对谷子SiGATA家族的系统发育、基因结构、染色体分布、保守基序、蛋白三级结构和顺式调控元件进行预测和分析。结果表明,33个SiGATA转录因子被划分为3组,不均匀的分布在8条染色体上,多数含有CX_2CX_(18)CX_2C保守结构域;谷子GATA蛋白与单子叶植物水稻的同源性大于其他两种单子叶植物;蛋白三级结构分析表明,整体结构相似度存在差异,同组进化序列基因的结构相似度较高;顺式作用元件分析表明,SiGATAs启动子序列中存在调控生长发育、激素信号传导和逆境胁迫响应元件,其中 SiGATA15、 SiGATA22、 SiGATA31在干旱、厌氧诱导及脱落酸响应等元件中表达量较高,其在谷子生长发育及逆境响应过程中可能发挥了重要生物学功能。这些逆境响应及生长发育相关转录因子的挖掘,将为作物育种提供一定理论参考。     

葡萄全基因组WRKY转录因子鉴定和分析

为鉴定和分析葡萄全基因组中WRKY家族转录因子基因,利用生物信息学的方法,分析葡萄全基因组WRKY转录因子类型、进化分析、染色体定位、基因结构、保守元件和基因表达模式。结果表明:葡萄全基因组中有56个WRKY转录因子。序列比对和系谱进化表明,分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个组,Ⅱ组分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e五个亚组。染色体定位表明,存在串联复制和分布不均现象,但是在3号染色体上无该家族基因定位。结构域和保守元件分析都说明葡萄WRKY(VvWRKY)家族的WRKY结构域是高度保守的。葡萄叶片中基因表达模式分析表明,VvWRKY家族的部分基因参与非生物胁迫。     

高粱GRF基因家族鉴定及在非生物胁迫下的表达分析

生长调控因子（growth regulation factor,GRF）是植物中特有的一类转录因子,在植物激素调控、生长发育以及胁迫应答等多个领域扮演重要角色。对高粱GRF基因家族成员进行筛选鉴定,得到8个家族基因,分析了这些基因的理化性质、保守蛋白序列、基因功能及其共线性,分析了这些基因在非生物胁迫下转录组表达差异。结果表明,GRF基因家族结构较为保守,启动子元件含有干旱、低温、茉莉酸等响应元件,推测该家族基因参与生物及非生物胁迫应答响应。通过盐胁迫和烯效唑处理下的转录组数据分析,得到一个与耐盐相关的基因（SORBI_3002G297800）和一个与激素相关的基因（SORBI_3006G203400）,为进一步探究这些基因在高粱应对非生物胁迫中的作用提供了重要参考。     

汉麻Alfin-like转录因子家族鉴定及表达分析

对汉麻Alfin-like转录因子家族进行鉴定和生物信息学分析,为Alfin-like转录因子调控汉麻生长发育及抗性奠定基础。通过利用拟南芥Alfin-like转录因子蛋白序列作为模板,利用TBtools、MEGA等生物信息学工具分析汉麻全基因组数据。在汉麻基因中共鉴定出5个CsALs基因,对其进行了理化性质分析、亚细胞定位、保守基序、基因结构、染色体定位、顺式元件、共线性分析、进化分析及聚类分析等基础分析。结果表明：鉴定的5个汉麻AL转录因子均含有DUF3594结构域（PAL结构域）和PHD手指状结构域;经理化性质分析得出,CsALs蛋白质长度在239～256 aa之间,等电点在4.97～5.31之间,亲水性为-0.809～-0.623,属于酸性亲水蛋白;CsALs基因分布在4条染色体上,亚细胞定位发现AL转录因子均定位在细胞核;上游2 000 bp启动子元件分析与光响应、胁迫响应和激素相关;根据与拟南芥、大豆、水稻、玉米、烟草等系统发育分析共分为B、E、F 3个亚族;热图聚类分析表明CsALs基因在汉麻中具有较高表达。     

番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析

【目的】鉴定番茄DIR基因家族所有成员,并对其基因结构、编码蛋白的理化性质、系统进化、染色体定位、共线性、启动子元件、表达模式、互作转录因子及内源竞争RNA预测等进行了解析,为探究DIR在番茄生长发育和逆境胁迫中的作用提供参考。【方法】采用生物信息学方法,基于全基因组数据对番茄DIR基因家族成员进行鉴定,运用Phytozome、MEME、PlantCARE、opsRNATarget和plantcircnet等在线网站获取染色体位置、保守基序、顺式作用元件、存在互作的转录因子、miRNA和circRNA等信息。利用Mapteace、TBtools、Cytoscape、OmicShare等作图软件及工具绘制染色体定位图、进化树、DIR与转录因子关系图、ceRNA网络等。采用NCBI的基因数据库结合转录组测序及qRT-PCR试验研究DIR基因家族在逆境下的表达情况。【结果】共鉴定到番茄中27个DIR基因,将其命名为SlDIR1—SlDIR27,分别位于12条染色体上,且大部分基因位于染色体末端,其基因结构、基序和结构域相对保守,其中22个SlDIR具有一个外显子的经典结构。番茄DIR基因家族同拟南芥的共线性关系远高于水稻和大豆。基于系统进化关系将27个番茄DIR成员分为3个不同的亚家族。转录组数据表明大部分DIR基因在番茄根部具有较高的表达量。此外,DIR基因的启动子区域含有多个与干旱、低温等非生物胁迫,以及MeJA、ABA、SA等激素诱导相关的顺式作用元件,且预测到与激素、生长发育、非生物胁迫相关的ERF、E2F/DP、MYB等互作转录因子。结合转录组数据分析,分别有5、10、10和13个SlDIR在农药、干旱、盐和冷胁迫后显著上调表达,其中,SlDIR23受到以上4种胁迫的诱导表达,而SlDIR8、SlDIR13和SlDIR20特异性响应冷胁迫的诱导,SlDIR17特异性响应盐胁迫。番茄DIR的ceRNA调控表明,miR-156与靶基因SlDIR8可能共同作用调控番茄的逆境胁迫。【结论】共鉴定出番茄DIR家族基因27个,不均匀地分布在12条染色体上,在根部有较高的表达量。SlDIR1、SlDIR13和SlDIR14等具有MeJA、ABA、SA等激素响应元件,其中,SlDIR6仅具有MeJA元件,SlDIR27仅具有SA响应元件。另外,SlDIR2、SlDIR14、SlDIR23等参与干旱、盐、低温等多种逆境胁迫,其中SlDIR23在不同胁迫处理下均可被激活。此外,DIR基因和转录因子、非编码RNA相互作用,共同参与调控番茄植株的逆境胁迫。     

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。     

蓝莓bZIP转录因子基因预测及其在根中表达分析

利用生物信息学方法对蓝莓bZIP转录因子基因家族进行鉴定分析,分析基因家族的基本结构、保守域以及与拟南芥bZIP基因家族之间的同源进化关系。共鉴定到131个蓝莓bZIP转录因子基因,调取blastp和HMMER检索到的序列ID,根据ID人工去冗余,后进行CDD(conserve domain database)分析,保留特征结构域筛选得到31条基因序列。根据拟南芥的分类标准将其分为9个亚族,分别是A、B、C、D、E、G、I、K、S组,每组所含有的成员数目不等。根据R和RStudio软件进行热图制作,显示不同基因在蓝莓不同组织或是不同pH条件下表达模式有差异,分析热图明确B组、C组、D组、E组bZIP转录因子家族基因成员在蓝莓根系受土壤pH胁迫下起重要抗逆调控作用。     

玉米CPK基因家族鉴定及干旱胁迫下表达分析

干旱严重影响玉米的产量和品质。钙依赖性蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase, CPK)是一种Ca2+结合蛋白，在植物非生物胁迫应答方面发挥重要作用。本研究对玉米37个ZmCPKs的染色体定位、系统进化、基因结构、保守结构域和理化性质进行了分析。其中，36个ZmCPK基因不均匀的分布在9条染色体上；通过系统进化分析将其分为4个亚组，同一亚组成员具有相似的基因结构和保守结构域；ZmCPKs启动子分析表明，ZmCPKs启动子区含有大量的逆境响应元件，包括MBS、DRE和ABRE等；qTeller数据库和转录组数据分析表明，ZmCPKs基因家族成员在营养生长和生殖生长期均有表达，其中，26个基因在干旱胁迫下表达量发生变化。综合启动子元件及转录组数据，共筛选出9个基因作为干旱响应候选基因。进一步qRT-PCR验证显示，这9个基因均受PEG诱导表达。本研究可为玉米耐旱性的遗传改良提供优异的基因资源。     

小麦KUP/HAK/KT基因家族的全基因组鉴定、系统进化和表达模式分析

为深入发掘小麦KUP/HAK/KT基因的功能,利用小麦最新基因组数据,通过生物信息学手段,对小麦KUP/HAK/KT基因家族进行基因组水平的鉴定,并对其系统进化及表达模式进行分析。鉴定结果表明,本研究在小麦中鉴定到98个KUP/HAK/KT基因,根据系统进化分析结果,可将其分为ClusterⅠ、ClusterⅡ、ClusterⅢ和ClusterⅣ4个进化簇,不同进化簇具有特异的基因结构。染色体定位结果表明,小麦21条染色体上均含有KUP/HAK/KT基因,每条染色体上有2～9个KUP/HAK/KT基因。通过对小麦KUP/HAK/KT基因复制事件的分析发现小麦KUP/HAK/KT基因共产生92个基因复制。此外,转录组数据分析发现小麦KUP/HAK/KT基因在逆境胁迫下存在差异表达,多个胁迫响应相关的KUP/HAK/KT基因被鉴定到,为小麦KUP/HAK/KT基因功能的研究提供了初步的理论依据。     

棉花WRKY转录因子家族成员的鉴定和生物信息学分析

WRKY转录因子家族在植物抵御各种生物、非生物胁迫反应和生长发育调控中扮演着重要角色。利用生物信息学方法鉴定和分析棉花A基因组WRKY转录因子,共鉴定得到109个候选WRKY基因,编码区全长474~3 528 bp,基因分布在棉花13条染色体上。依据WRKY家族基因的保守结构域和系统进化关系,将其划分为3个大组:G1组、G2组和G3组。G1组WRKY基因包括21个成员,其中18个含有两个WRKY域;G2组有73个成员,可进一步分为G2-a、G2-b、G2-c、G2-d和G2-e五个亚类;G3组WRKY基因包括15个成员。同组的WRKY成员保守域的氨基酸构成大体相似,但也存在WRKYGQK多肽和锌指结构的变异,不同组成员的氨基酸保守域组成特异。拟南芥和棉花WRKY基因的系统进化树表明,功能相似的基因聚在一起,暗示和拟南芥抗逆功能基因聚类在一起Ga WRKY可能参与棉花抵御逆境胁迫反应,为进一步发现和挖掘棉花WRKY基因的功能奠定理论基础。     

苹果WRKY基因家族生物信息学及表达分析

【目的】鉴定苹果（Malus domesticaBorkh.）基因组上132个WRKY基因,为研究苹果WRKY转录因子在非生物和生物胁迫以及生长和发育过程中的调控作用奠定相关理论基础,也为进一步分析苹果WRKY基因提供信息。【方法】利用HMMER 3.0软件,通过WRKY保守域全蛋白序列PF03106用于鉴定苹果WRKY基因。采用WebLogo 3、DNAMAN 5.0、MapInspect、MEME和MEGA5.1等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术检测苹果WRKY基因的组织表达情况。【结果】鉴定得到132个苹果WRKY基因。分组鉴定和进化树分析结果显示,苹果WRKY蛋白分为I、II和III类型,I组共有24个成员可进一步分为I-C和I-N亚组,其锌指结构是C₂H₂类型（CX₄CX_22-23HXH）。II组含有1个WRKY区域共有79个成员,可进一步分为II-a、II-b、II-c、II-d和II-e亚组,分别有8、12、31、14和14个成员,其锌指结构为C₂H₂类型（CX_4-5CX₂₃HXH）。III组共有29个成员,其锌指结构为C₂HC类型（CX₇CX_23-24HXC）;WRKY结构域分析显示,其高度保守,绝大多数都含有WRKYGQK七肽和锌指结构;染色体定位分析显示,苹果WRKY分布于苹果17条染色体中,呈不均匀分布。染色体1和9上分布最多,为13个;其次是染色体12,分布12个;染色体2、5和14分布最少,为4个;基因结构分析表明,MdWRKY基因家族多数由2-5个外显子组成,基因结构进化高度保守;保守元件分析表明,MdWRKY基因家族包含10个保守元件：元件1-6为WRKY盒;元件7-10为未知盒。MdWRKY基因家族都包含有WRKY盒,I组中含有2个WRKY盒,II-a和II-b亚组中含有未知元件8,III组中含有未知元件7和9。半定量结果显示,12个MdWRKY均在根、茎、叶、花和果中表达,且呈现出多种相对表达模式。【结论】苹果WRKY基因家族结构高度保守,可能参与调控苹果生长和发育等过程。     

苹果Dof转录因子生物信息学及其表达分析

为了解苹果Dof转录因子家族的生物学信息与功能,利用苹果基因组GDDH13 v1.1检索及RNA-seq转录本重构找到51个Dof基因,并通过Pfam和SMART检测确认,进一步对这些Dof基因进行全面分析.结果表明,除MD07G1265700外,其他50个Dof蛋白均含有一个明显的Dof结构域,且有一个CX2CX21CX2C基序.这些Dof基因编码氨基酸数为163～523,相对分子质量为18210～55800,等电点为5.01～10.30,多数Dof成员定位于细胞核中,少数定位于叶绿体或线粒体中.组织特异表达显示多数Dof基因在营养器官中的表达量高于生殖器官,而MD01G1084700、MD07G1153300、MD08G1040100、MD15G1034500基因在未成熟的果肉中表达量最高.盐碱胁迫下,除MD05G1023800基因没有检测到表达外,其他Dof基因的表达均受盐碱胁迫影响,只是响应强度和时间有差异,基因表达显著上调的有7个,显著下调的有15个.该研究结果为进一步揭示苹果Dof转录因子生物功能奠定了理论基础.     

甘薯基因组BBX转录因子基因鉴定与逆境胁迫表达分析

【目的】甘薯BBX基因的鉴定和逆境胁迫表达分析可为探究其功能和甘薯的抗性育种提供参考。【方法】利用甘薯栽培种"泰中6号"全基因组序列和甘薯逆境胁迫下的转录组数据,进行BBX转录因子的鉴定和分析,包括进化树、染色体定位、基因相似度分析、保守结构域、保守基序和抗逆表达模式。【结果】甘薯基因组中共鉴定到24个BBX转录因子基因,其中5对基因相似度高。BBX基因编码的蛋白具有1个或2个B-Box结构域,其中8个蛋白还包含CCT结构域,这些结构域在甘薯BBX蛋白中均较为保守,保守基序motif 2代表甘薯BBX蛋白的CCT结构域。转录组学数据结果表明,甘薯在蔓割病菌侵染后,有3个BBX基因发生差异性表达。甘薯块根在长达2周或6周的冷胁迫下,13个BBX基因表达量发生变化,其中多数为表达下调。【结论】甘薯全基因组中鉴定得到24个BBX转录因子基因,在低温胁迫和蔓割病胁迫条件下分别有13和3个基因存在差异表达。