主要作物中PAL基因家族的鉴定和序列分析

苯丙氨酸解氨酶(PAL,phenylalanine ammonia-lyase[EC:4.3.1.24])存在于各种植物和部分微生物中,是与植物抗病性相关的关键酶,具有重要的植物生理意义。采用BLASTP的方法,依托全基因组数据库,获得了拟南芥[Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.]、水稻(Oryza sativa L.)、玉米(Zea mays Linn.)、小麦(Triticum aestivum Linn.)、谷子[Setaria italica(L.)P.Beauv.]、大豆[Glycine max(Linn.)Merr.]6种植物中的PAL基因家族共45条序列,对其进行了系统进化分析、生物信息学分析等。分析结果显示:单子叶植物与双子叶植物分别聚集在不同的分支,说明单子叶植物水稻、玉米、小麦、谷子亲缘关系较近,双子叶植物拟南芥、大豆亲缘关系较近,而单子叶植物与双子叶植物亲缘关系较远,也说明PAL基因的分化在单子叶植物和双子叶植物分化前形成;酸性蛋白质占93.3%,稳定性蛋白占97.8%,有信号肽的蛋白占2.2%,有导肽的蛋白占4.4%,所有蛋白均为有明显跨膜现象的亲水性蛋白;所有PAL基因亚细胞定位于细胞质中,都有蛋白活性位点。分析结果为进一步研究作物中PAL代谢机理提供理论支持。     

小麦FT基因编码蛋白结构及功能的生物信息学分析

利用生物信息方法分析和预测小麦FT基因编码蛋白的理化性质、结构域、信号肽、跨膜区、亚细胞定位和三级结构,对不同植物FT基因编码蛋白的功能位点、密码子使用偏性和系统发育进行分析。结构表明,小麦FT基因编码177个氨基酸,编码产物为一种亲水性的脂溶性蛋白质,二级结构主要是由β折叠为主,其次分别是α螺旋和β转角,不存在信号肽和跨膜区,主要定位于线粒体中,同源建模的相似度为89.57%,除满天星外,其余植物均具有PEBP蛋白,小麦FT基因对密码子的使用具有较强的偏好性,且不同植物FT基因密码子偏性间的相似关系与系统发育分析得出的亲缘关系具有一致性。说明FT基因在不同植物长期进化过程中具有较强的保守性。     

小麦FT基因编码蛋白结构及功能的生物信息学分析

利用生物信息方法分析和预测小麦FT基因编码蛋白的理化性质、结构域、信号肽、跨膜区、亚细胞定位和三级结构,对不同植物FT基因编码蛋白的功能位点、密码子使用偏性和系统发育进行分析。结构表明,小麦FT基因编码177个氨基酸,编码产物为一种亲水性的脂溶性蛋白质,二级结构主要是由β折叠为主,其次分别是α螺旋和β转角,不存在信号肽和跨膜区,主要定位于线粒体中,同源建模的相似度为89.57%,除满天星外,其余植物均具有PEBP蛋白,小麦FT基因对密码子的使用具有较强的偏好性,且不同植物FT基因密码子偏性间的相似关系与系统发育分析得出的亲缘关系具有一致性。说明FT基因在不同植物长期进化过程中具有较强的保守性。     

普通烟草YUCCA基因家族的生物信息学分析

YUC基因家族催化吲哚-3-丙酮酸(IPA)生成生长素(IAA)的过程,进而调控植物生长素的合成.目前,研究者已经在多种植物上鉴定分析了YUCCA基因家族,但是关于烟草中该基因的报道较少.为了探讨普通烟草YUCCA基因结构及功能,通过检索普通烟草全基因组蛋白序列,筛选出21个烟草YUCCA基因家族序列,利用生物信息学工具对其蛋白质结构域、亚细胞定位、同源性进行分析.系统发育树分析结果显示,烟草YUCCA蛋白可以聚类到4个分支,与同为单子叶植物的拟南芥的亲缘关系较近.结构域分析结果显示,烟草YUCCA基因内含子数量在0～6个之间;协同进化树分析结果显示,亲缘关系近的基因内含子数量较为相近;亚细胞定位结果显示,19个序列定位到细胞质,2个序列定位到细胞质膜,该基因可能参与细胞质基因的转录调控.     

燕子花WRKY11基因克隆、结构分析及功能验证

为了开发燕子花WRKY家族的功能基因资源,验证WRKY11转录因子与花期调控相关性,更好地服务于燕子花定向分子育种。以东北林业大学苗圃的燕子花(Iris laevigata)为材料,燕子花花被片为cDNA模板,克隆燕子花IlWRKY11基因,对IlWRKY11蛋白质结构进行生物信息学分析、亚细胞定位,并通过该基因转化模式植物拟南芥,开展WRKY11转录因子对花期调控方面的功能解析。结果表明：以燕子花总RNA反转录的cDNA为模板,克隆获得IlWRKY11基因的长度为888 bp,编码295个氨基酸;IlWRKY11蛋白的相对分子质量为32 291,分子式为C₁₃₉₈H₂₂₃₇N₄₁₉O₄₂₁S₂₀,属于不稳定亲水性蛋白,pCAMBIA1300-IlWRKY11-GFP植物过表达载体确定IlWRKY11蛋白定位在细胞核,IlWRKY11蛋白与单子叶植物深圳拟兰(Apostasia shenzhenica)、石刁柏(Asparagus officinalis)的关系较近。过表达Il...     

荞麦ARF基因家族的鉴定及生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor, ARF)基因应答了生长素信号,在植物生长发育中具有重要的调控作用。以荞麦基因组数据库为基础,利用BlastP比对程序共鉴定了21个荞麦ARF基因,并对其基因结构、编码蛋白理化性质、保守结构域、保守基序、亚细胞定位、潜在磷酸化位点及系统进化关系进行了分析。基因结构分析表明,21个荞麦ARF基因均含有内含子,且不同基因间内含子数目存在较大差异。保守结构域分析显示,21个ARF蛋白均含有保守的B3和ARF结构域,部分ARF蛋白还含有Aux/IAA结构域。蛋白保守基序分析表明,21个ARF蛋白共有10个保守基序,基序长度在13~55个氨基酸之间。亚细胞定位分析表明,大多数ARF蛋白定位于细胞核,个别定位于叶绿体。潜在磷酸化位点分析显示,所有ARF蛋白均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点,但各蛋白的不同磷酸化位点的数目差异较大。系统进化分析表明,21个ARF基因可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个亚家族,其中,Ⅰ亚家族可以进一步分为Ⅰa和Ⅰb两个家族,Ⅱ亚家族可以进一步分为Ⅱa和Ⅱb两个家族。研究结果为进一步克隆荞麦ARF基因及深入研究它们在荞麦中的功能提供了参考。     

甘蔗ScF-box基因cDNA全长克隆和生物信息学分析

【目的】独脚金内酯是近年来发现的一种新型激素,能够有效抑制植物分枝(蘖),在其信号转导途径中MAX2/RMS4/D3基因扮演着十分关键的作用。为了研究该基因在甘蔗分蘖性状表现中的功能作用具有重要意义。【方法】本研究利用RT-PCR和RACE技术克隆出其同源基因(ScF-box)的c DNA全长,并对其序列和编码蛋白开展生物信息学分析。【结果】ScF-box基因的c DNA全长为2642 bp(KR870233),具2103 bp的开放阅读框(ORF,113~2215 bp),编码700个氨基酸;蛋白质分析表明,ScF-box为不稳定的水溶性非分泌蛋白,主要在氨基酸生物合成和中央中介代谢中发挥作用。亚细胞定位于细胞质,存在22个磷酸化位点,4个NES信号和1个NLS信号位点,不存在信号肽,二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主,保守结构域和三级结构预测均表明该蛋白存在一个F-box结构,能特异识别与之作用的底物。【结论】推测ScF-box可能作为独脚金内酯调控甘蔗分蘖信号转导途径中一个具有特异性识别功能的组分而起作用。进化树分析表明该蛋白与高粱、玉米等单子叶植物进化关系较近。     

植物LHP1同源基因研究进展

拟南芥LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN 1 (LHP1)/TERMINAL FLOWER 2(TFL2)基因被认为是后生动物HP1的同系物.在动物中,HP1通常参与异染色质形成及基因沉默.与HP1不同,LHP1定位于常染色质并抑制位于常染色质中众多基因的表达.拟南芥LHP1/TFL2突变体表现出多重表型,如早花、降低对光周期敏感性、顶端花序和植株矮小.目前对LHP1的研究特别是在单子叶植物水稻中的研究,仅限于蛋白表达谱差异,而未在基因序列及基因表达调控水平上作深入的研究.鉴于拟南芥LHP1的重要功能,今后需对LHP1同源基因在不同物种特别是单子叶植物水稻中的功能进行深入研究;此外,还应加强不同物种LHP1进化的关系分析、LHP1在不同物种整个生育期的表达谱、单子叶植物水稻中lhp1突变体的功能表达及LHP1在开花调控网络中的定位等方面的研究.     

植物抗寒转录激活因子ICE1和ICE2基因的生物信息学分析

从美国在线数据库(NCBI)中获得不同植物ICE1和ICE2基因的完整序列并对其进行分析,以期对ICE基因的结构与生物学功能研究提供理论基础。利用Clustal W2和Mega 5.0软件对其基因的氨基酸序列进行多重比对和系统发育树构建,并采用不同的生物信息手段对其蛋白的一、二、三级结构进行分析。结果表明:ICE1和ICE2基因均含有4个不同的结构域,即富S区、核定位信号区(NLS)、bHLH结构域和转膜区,但其bHLH结构域和富S区(单子叶植物间)存在差异。ICE1和ICE2基因编码的氨基酸主要是脂肪族类氨基酸,以丝氨酸(Ser)和亮氨酸(Leu)为主,其等电点均呈酸性,等电点值均是单子叶双子叶,ICE1和ICE2均为亲水性不稳定蛋白。C和H为ICE1和ICE2蛋白二级结构的主要元件,E和T只是零星分布在整个蛋白中,且H、T、E、C的含量均存在差异,其含量及折叠方式的差异导致蛋白三级结构的不同。ICE1和ICE2基因在基因序列上有相似的结构域,但其蛋白结构存在差异。     

山茶花翻译控制肿瘤蛋白CjTCTP基因的电子克隆及生物信息学分析

采用电子克隆方法从山茶花的EST数据库中获得了一条TCTP基因,并命名为CjTCTP,使用生物信息学方法对该基因编码蛋白从氨基酸组成、理化性质、跨膜结构域、疏水性/亲水性、信号肽、亚细胞定位、高级结构及功能域和进化树等方面进行了预测和分析。结果表明:山茶花CjTCTP基因全长706bp,包含507bp的完整开放阅读框,编码168个氨基酸;编码蛋白含有TCTP1及TCTP2保守域,是TCTP superfamily家族;从信号肽的预测可知,该蛋白不存在信号肽,可能为可溶性蛋白;亚细胞定位显示其可能位于细胞质中;同源性分析表明,该蛋白序列与拟南芥、橡胶树、玉米等物种TCTP蛋白序列的相似度达80%以上。     

甘蔗钙依赖蛋白激酶基因克隆与序列分析

[目的]克隆甘蔗钙依赖蛋白激酶基因(ScCDPK1),为其功能解析和育种利用打下基础.[方法]根据甘蔗cDNA文库中的CDPK基因序列信息设计引物,利用RT-PCR克隆ScCDPK1基因,并采用在线生物信息学分析软件对其推导蛋白的理化性质、跨膜结构、信号肽及保守结构域等进行预测分析.[结果]克隆获得的ScCDPK1基因完整编码区大小1650 bp,编码549个氨基酸,相对分子量61.971 kD,等电点(pI)6.78,不稳定指数35.63.同源性和遗传进化树分析结果显示,ScCDPK1基因与小麦TaCPK7基因亲缘关系最近,同源性达88%;ScCDPK1蛋白与其他已知CDPK蛋白一致,具有CDPKs家族特有的4个保守区域(可变区、蛋白激酶区、自抑制区和钙离子结合区),其二级结构主要由α螺旋(42.80%)和无规则卷曲(32.97%)构成;蛋白功能分类预测结果显示,ScCDPK1蛋白是一种阳离子通道蛋白,可能参与植物胁迫应答、信号转导和翻译调控等生物反应.[结论]ScCDPK1基因编码的蛋白与其他已知CDPK蛋白一致,具有CDPKs家族特有的4个保守区域,是一种阳离子通道蛋白.     

半胱氨酸蛋白酶抑制剂的系统发生分析

[目的]对已知半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因编码蛋白的分子量、等电点、信号肽、结构域等进行分析。[方法]在NCBI中检索半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因,下载相应的氨基酸序列。采用SMART软件预测结构域,用SingalP程序查找信号肽,用TMHMM程序搜寻预测跨膜区。多序列比对采用CLUSTALW程序。运用MEGA3.1软件,采用Neighbor-joining法构建进化树。[结果]多序列比对结果表明半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因存在高度保守的QxVxG基序,意味着该基序可能对半胱氨酸蛋白酶抑制剂的抑制活性具有重要意义。系统进化分析可预示半胱氨酸蛋白酶抑制半胱氨酸蛋白酶活性在进化过程中可能也是保守的。[结论]该研究可为半胱氨酸蛋白酶抑制剂抑制半胱氨酸蛋白酶的功能研究方面提供理论参考。     

植物咖啡碱合成酶的生物信息学分析

采用生物信息学分析方法对 GenBank 中来源于茶树、可可、山茶等植物咖啡碱合成酶的氨基酸序列进行比对分析,就等电点、亚细胞定位、信号肽、跨膜螺旋、保守性功能结构域及基序、二级结构与三级结构等重要参数进行预测与分析。结果表明,植物咖啡碱合成酶主要定位于胞质和胞核中,含有磷酸化、酰基化和糖基化修饰位点,基于基因序列与保守结构域可被分成3种类型,其中 I 型与 II 型酶蛋白均属全α型水溶性酶蛋白,III 型酶蛋白除二级结构富含无规卷曲构件,还极有可能存在信号肽序列,但3类酶蛋白均无跨膜螺旋,三级结构预测显示,I 型、II 型酶蛋白极为相似,由α螺旋和横向β-折叠片层组成,III 型则α螺旋位于横向两端,中间由纵向β-折叠片层连接。     

黄牛FSHR基因的生物信息学分析

利用生物基因组学数据库,对黄牛FSHR基因进行生物信息学分析,以预测FSHR基因编码产物的理化性质、结构与功能,同时构建FSHR同源系统进化树.结果表明:FSHR基因编码产物为疏水性跨膜蛋白,具有明显的信号肽,其切割位点位于17～18位的氨基酸之间,二级结构主要以α-螺旋与无规则卷曲为主,并主要在质膜中发挥生物学作用,跨膜区域分为跨膜域、胞外域和胞内域3个部分.序列分析表明,FSHR编码产物可能具有离子通道、运载体、受体、信号转导和阳离子通道等功能,在离子跨膜与信号传递过程中发挥重要作用,并对黄牛的激素调节有影响.FSHR基因编码产物系统进化树表明,黄牛FSHR与水牛、成都麻羊、绵羊等物种FSHR遗传距离较近,具有高度同源性.     

中华蜜蜂蜂毒明肽基因克隆及生物信息学分析

【目的】掌握中华蜜蜂蜂毒明肽基因的生物信息,为进一步深入研究其生理功能及通过生物工程技术生产蜂毒明肽产品奠定基础。【方法】采用PCR技术克隆中华蜜蜂蜂毒明肽基因,并对所获得的基因组序列进行详细的生物信息学分析。【结果】从蜜蜂头部和胸部组织中成功扩增获得511 bp的蜂毒明肽基因序列,该序列GC碱基含量仅为24%,包含一个141 bp的开放阅读框,编码46个氨基酸残基;该序列与肥大细胞脱颗粒肽的同源性高达58%,存在较明显的信号肽序列和跨膜区结构。【结论】蜂毒明肽是一种小分子抗菌肽,存在较明显的信号肽序列和跨膜区结构,具有生物抗菌肽的典型特性,但需进一步加工切除信号肽序列后才能发挥作用。     

中华蜜蜂蜂毒明肽基因克隆及生物信息学分析

【目的】掌握中华蜜蜂蜂毒明肽基因的生物信息,为进一步深入研究其生理功能及通过生物工程技术生产蜂毒明肽产品奠定基础。【方法】采用PCR技术克隆中华蜜蜂蜂毒明肽基因,并对所获得的基因组序列进行详细的生物信息学分析。【结果】从蜜蜂头部和胸部组织中成功扩增获得511bp的蜂毒明肽基因序列,该序列GC碱基含量仅为24%,包含一个141bp的开放阅读框,编码46个氨基酸残基;该序列与肥大细胞脱颗粒肽的同源性高达58%,存在较明显的信号肽序列和跨膜区结构。【结论】蜂毒明肽是一种小分子抗菌肽,存在较明显的信号肽序列和跨膜区结构,具有生物抗菌肽的典型特性,但需进一步加工切除信号肽序列后才能发挥作用。     

不同植物查尔酮合成酶CHS基因的生物信息学分析

采用生物信息学方法对GenBank中已登录的10种不同植物中的查尔酮合成酶基因的核苷酸序列及所推测的氨基酸序列的理化性质、信号肽、跨膜结构、亲/疏水性、功能结构域以及其二级结构进行了详细的分析,构建了不同植物CHS的系统进化树。结果表明,10种植物中CHS基因的开放阅读框的全长在1.2 kb左右,大约编码399个氨基酸;不同植物中的CHS的氨基酸序列均包括1个N-糖基化位点(32NMSS),4个蛋白激酶c磷酸化位点(69TIR、158SVK、202TFR、359SAK)和1个查尔酮合成酶活性位点(161RLMMYQQGCFAGGTVLR),均不存在信号肽、无跨膜结构域,是一个疏水性蛋白。     

稻瘟病菌磷酸甘露糖基转移酶（PMT）蛋白家族 基因结构特征分析

为阐述稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）磷酸甘露糖基转移酶PMT基因的结构特征及可能的生物学功能,采用序列比对分析方法,明确了稻瘟病菌PMT蛋白家族成员在氨基酸水平的保守性。研究发现它们与来自灰葡萄孢(Botrytis cinerea)、粗糙脉孢霉菌(Neurospora crassa)、玉米赤霉(Gibberella zeae)及构巢曲霉(Aspergillus nidulans)等丝状真菌的PMT蛋白高度同源;进一步生物信息学分析表明,稻瘟病菌PMT蛋白不含有信号肽,为非分泌蛋白,含有跨膜结构域,作用于内质网膜上,具有保守的PMT motif 和MIR motif。研究结果可为进一步阐明PMT蛋白在稻瘟病菌生长发育及致病过程中的作用机理奠定基础。     

桑树查尔酮合成酶基因（CHS）的生物信息学分析（英文）

[目的]探讨桑椹色素代谢调控的分子机理。[方法]本研究以桑科植物的EST数据库为基础,采用生物信息学实验技术,通过电子克隆方法获得了桑树查尔酮合成酶基因（CHS）。采用生物信息学在线软件,进一步对该基因编码蛋白的氨基酸组成、理化性质、跨膜结构域、疏水性/亲水性、亚细胞定位、高级结构等方面进行了预测和分析。[结果]经DNAstar软件拼接后得到的cDNA序列为1 365 bp,其开放阅读框序列为1 170 bp,编码389个氨基酸残基。CHS蛋白含有查尔酮合酶家族的特征多肽序列RLMMYQQGCFAGGTVLR,不含信号肽序列,属于非分泌型蛋白,定位于细胞质内,分子进化也较为保守。[结论]该研究结果为深入研究该蛋白的结构和功能奠定了基础。