‘红阳’猕猴桃全基因组AP2/EREBP转录因子生物信息学分析

【目的】分析‘红阳’猕猴桃全基因组AP2/EREBP转录因子家族。【方法】利用Kiwifruit Genome Database、EMBI、TAIR、SMART、Pfam、MEME、Protparam、SOPM、SWISS-MODEL、Signal P4.1 Sever网站,和Clustal X2、Bio Edit、MEGA6.0、Map Inspect、MEV软件,分析‘红阳’猕猴桃AP2/EREBP转录因子类型、结构域、系谱进化、蛋白理化性质及高级结构、信号肽分析、基因定位、序列元件和基因表达模式。【结果】‘红阳’猕猴桃全基因组中有204条AP2/EREBP转录因子,根据其结构域划分为4个亚家族。进行多序列比对和系谱进化分析,发现2个亚家族各分为6个亚组。生物信息学分析表明,204条蛋白氨基酸序列高级结构与拟南芥AP2/EREBP转录因子相似性较高。其中存在2条分泌型蛋白。基因定位表明,该家族基因在10号染色体无定位;有染色存在串联复制现象。同源拟南芥基因表达模式分析表明,AP2/EREBP转录因子对外界胁迫有显著性表达。【结论】利用生物信息学方法获得204条猕猴桃AP2/EREBP家族转录因子,并与拟南芥AP2/EREBP转录因子进行系谱进化、结构域、基因定位和同源表达等分析,结果表明猕猴桃AP2/EREBP转录因子在进化过程中比较保守,并参与了植物发育和胁迫应答调控。     

植物卵形家族蛋白综述

卵形家族蛋白(OFPs)是一类植物特有的具有保守OVATE结构域的转录因子,其首先发现于番茄中,与果实形状有关。OFPs广泛分布于植物界,其调节植物生长和发育的功能,包括果实形状的改变、胚囊和花粉发育以及次级细胞壁的合成等。近年来,主要集中在拟南芥AtOFP1的研究上。染色质免疫沉淀试验表明AtOFP1直接调控AtGA20ox1表达,其还可能通过与不同类型的转录因子(包括KNOX和BELL类)相互作用。该研究总结了OVATE基因的发现,阐明了OFPs在调节植物生长和发育中的最新进展,并分析了其可能的调控机制,以期为植物中研究OFPs生物学功能提供借鉴。     

金线莲ArLBD1基因克隆、亚细胞定位及表达分析

以金线莲(Anoectochilus roxburghii)叶片的转录组数据为基础,采用RT-PCR技术克隆到了金线莲ArLBD1转录因子基因,采用生物信息学、原核表达、Western blot、亚细胞定位及qPCR等方法对该基因功能进行初步分析,以期为进一步研究其功能提供参考依据。结果表明：ArLBD1基因CDS长度864 bp,编码287个氨基酸。ArLBD1蛋白分子量为30.62 kD,理论等电点为6.25,不稳定系数55.55,属于不稳定蛋白。ArLBD1蛋白含有LOB superfamily保守结构域,第7～28氨基酸为C基序,第36～84氨基酸为GAS基序,第89～107氨基酸为类亮氨酸拉链基序,具有完整的类亮氨酸拉链基序,属于ClassⅠ。系统进化分析表明ArLBD1与拟南芥AtLBD36的亲缘关系最近,其次是AtLBD6。SDS-PAGE电泳及Western blot结果显示,ArLBD1基因在大肠杆菌中成功诱导表达。亚细胞定位分析发现ArLBD1蛋白定位在细胞核。qPCR分析结果表明,ArLBD1基因在金线莲叶、茎和根中都能检测到表达,在叶片表达量最高,其次是根,茎的...     

番木瓜果实软化相关CpEXPA2基因的克隆与表达分析

【目的】克隆一个与番木瓜果实软化相关的扩展蛋白基因,分析其功能,明确其在不同组织器官和不同成熟时期果实的表达模式。【方法】基于对番木瓜果实转录组学的研究,筛选并克隆了一个与果实软化相关的扩展蛋白基因Cp EXPA2。采用同源序列对比和系统进化树分析对该基因进行序列分析;运用生物信息学的方法对该基因编码的蛋白进行结构分析;使用RT-q PCR方法分析Cp EXPA2基因在不同组织器官、不同成熟时期果实中的表达量;采用GY-4硬度计测定不同成熟时期番木瓜果实的硬度。【结果】Cp EXPA2基因的开放阅读框(ORF)为780 bp(Gene Bank登录号为MF662209),编码259个氨基酸。该基因编码的氨基酸序列具有典型的扩展蛋白保守结构:N端富含8个半胱氨酸、C端富含4个色氨酸和中间1个组氨酸功能域(His-Phe-Asp,HFD)。同源序列比对分析发现该扩展蛋白与山木瓜(ABF48653.1)、番茄(AAC64201.1)、草莓(AAF21101.1)、拟南芥(AAB38073.1)等扩展蛋白氨基酸序列有较高的同源性,分别为66.15%、64.86%、66.80%、65.00%。进化树分析表明,Cp EXPA2蛋白与拟南芥At EXPA6(U30480)、At EXPA16(NM_115407)关系最近。Cp EXPA2在不同组织器官中的表达量依次为成熟果实叶花茎根;在不同发育时期的果实中,Cp EXPA2在果皮的表达量相对高于果肉,且随着果实成熟软化程度提高,其表达量也相应提高。番木瓜果实的硬度随着果实的成熟呈逐渐下降趋势,在破色期开始硬度急剧下降,果实迅速软化。【结论】Cp EXPA2基因的扩展蛋白家族高度保守,且该基因编码的蛋白与山木瓜、番茄、草莓、拟南芥等扩展蛋白的氨基酸序列有较高的同源性。系统进化树分析发现番木瓜Cp EXPA2与拟南芥At EXPA6和At EXPA16亲缘关系较近。Cp EXPA2受乙烯诱导,且与果实发育进程有关,因此推测该基因可能在番木瓜果实成熟软化过程中发挥着重要的作用。     

芸苔链格孢菌与白菜互作基因表达谱芯片分析

利用拟南芥基因芯片,对白菜经芸薹链格孢菌侵染前后的基因表达谱进行比较分析。结果表明:差异表达基因385个,其中上调基因为280个,下调基因为105个。将所筛选出的差异表达基因分为14类,即:病程相关基因,防御相关基因,氧爆作用类,信号转导类,激素相关类,运输类,非生物胁迫类,细胞维持与发育,细胞壁修饰类,次生代谢类,代谢与合成类,蛋白降解类,及假想蛋白和未知功能蛋白。生物信息学分析显示,检测到的信号转导类基因差异表达比例最高,占24%;其次,防御基因和代谢合成基因占的比例也较高,分别达到13%和14%。值得注意的是,直接与病程发生相关差异表达的基因很少。同时,在差异表达基因中,未知蛋白和假想蛋白占有很大比例。     

枇杷WRKY转录因子鉴定与表达分析

以枇杷(Eriobotrya japonica)转录组数据为材料,利用生物信息学手段对枇杷WRKY转录因子进行鉴定与特征分析。分离鉴定出33条具典型WRKY结构域的序列,CDS长度分布在492～2 040bp,命名为EjWRKY01～EjWRKY33。分组鉴定和进化树分析结果显示,枇杷WRKY转录因子可分为3大类,其中Ⅰ类数量为6个,Ⅱ类和Ⅲ类的数量分别为22和5个,其中Ⅱ类又进一步分为a～e等5个亚类。WRKY结构域分析显示,WRKY结构域高度保守,绝大多数都含有WRKYGQK七肽和锌指结构。枇杷WRKY转录因子基因组DNA全长895～3 873 bp,编码的蛋白在163～679个氨基酸范围内,具有1～5个内含子。WRKY启动子顺式作用元件预测结果表明,大部分WRKY启动子序列具有典型的TATA和CAAT元件。将获得的所有WRKY基因与已报道的拟南芥WRKY进行进化比对分析发现,所有EjWRKY转录因子并没有位于独立的分支上,表明枇杷的基因序列虽与拟南芥物种有差别,但枇杷WRKY蛋白在调控植物生物和非生物逆境反应、信号传导、生长发育等方面的功能相似。此外,荧光定量PCR结果显示,大部分EjWRKY均在枇杷的根、茎、叶、花和果实中表达,但相对表达水平不同,说明WRKY家族基因在枇杷的生长发育中可能具有不同的功能。     

桃EXPANSIN基因家族序列特征及其在根结线虫侵染后的诱导表达分析

【目的】探索扩张蛋白(EXPANSIN)基因家族在桃抗南方根结线虫过程中的作用。【方法】首先对桃基因组中的EXPANSIN基因家族进行生物信息学分析,然后利用转录组测序对EXPANSIN基因在南方根结线虫侵染免疫型(‘红根甘肃桃1号’)和高感型(‘贝蕾’)桃种质根系后的不同时期的表达丰度进行分析。【结果】桃EXPANSIN基因家族有27个成员,这些成员分布在8条染色体上,以第2和第5号染色体上最多,均为5个。基因结构分析显示,这些基因包含1~5个外显子,大部分EXPANSIN基因包含DPBB_1和Pollen_allerg_1保守结构域,聚类分析将这27个成员分为2大类,其中有8个与拟南芥中已注释的与线虫侵染过程中巨细胞形成有关的蛋白质聚在一起,均属于EXPA亚类。转录组分析表明,这8个EXPANSIN基因在对南方根结线虫免疫和高感2种种质不同时期的表达趋势存在明显差异,其中ppa010314m、ppa010226m在‘贝蕾’中表达量随侵染上调,而在‘红根甘肃桃1号’中上调不明显,这2个基因可能是参与南方根结线虫侵染过程中巨细胞形成的关键基因。【结论】桃EXPANSIN家族成员在结构上高度保守,其中多个成员可能参与调控桃抗南方根结线虫过程。     

杧果钙调蛋白转录激活因子基因家族的鉴定及分析

【目的】鉴定杧果钙调蛋白转录激活因子(CAMTA)基因家族成员并对其进行生物信息学分析,探究杧果在抵抗病原菌侵染和响应水杨酸、茉莉酸抗病信号分子时的持续表达特性。【方法】利用生物信息学方法在杧果全基因组中鉴定MiCAMTA转录因子基因,并对其理化性质、保守基序、保守结构域进行分析;利用MEGA软件构建系统发育树,分析MiCAMTA蛋白与拟南芥、烟草、毛果杨等5个物种CAMTA蛋白的系统发育关系;通过实时荧光定量PCR分析MiCAMTAs在不同病原菌侵染和抗病信号分子处理下的表达差异。【结果】MiCAMTAs都属于亲水性不稳定蛋白,且均具有较高保守性;系统发育进化树显示,MiCAMTAs与苹果、毛果杨、烟草的亲缘关系较近,且保守基序及保守结构域相似的蛋白聚类在同一组中。qRT-PCR显示,MiCAMTAs不同程度地参与了病原菌侵染和抗病信号分子的诱导,在(Colletotrichum gloeosporioides,Cg)侵染过程中,MiCAMTA(1、2、3)表现为下调,而(Xanthomonas citri pv. mangiferaeindicae,Xcm)侵染下表达量呈明显上调趋势,与此同时,也发现MiCAMTA(5、6、7、8)在Cg和Xcm侵染下表达量都呈现上调趋势;在不同激素(SA、MeJA)处理中,MiCAMTAs均有不同程度的上调或下调,MiCAMTA6和MiCAMTA7在SA处理后72 h内呈上调表达。另外,来自同一组的MiCAMTA基因在胁迫下表现出相似的表达模式。【结论】杧果全基因组中有8个MiCAMTA家族成员,具有典型的CaM结合结构域,包含了10个motifs,能不同程度地被病原菌和抗病信号分子激活。     

新疆野苹果NAC基因分析及抗腐烂病基因筛选

【目的】探明新疆野苹果(Malus sieversii)中NAC基因资源,筛选潜在的抗腐烂病NAC基因。【方法】以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的NAC蛋白为种子构建隐马可夫模型,从新疆野苹果转录组数据库中鉴定NAC转录因子,利用Protparam及qRT-PCR等手段对其理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统进化及腐烂病菌侵染后的表达谱进行分析。【结果】从新疆野苹果中鉴定到165个NAC基因,根据蛋白系统进化关系分为12个亚组,且MsNACs在各亚组间分布不均。蛋白理化性质分析结果表明,MsNACs大多属酸性,且多为亲水性蛋白。保守基序分析结果表明,大多数MsNAC转录因子拥有由7个保守基序组成的完整NAC结构域,少数存在亚结构域的缺失。膜结合域分析结果表明,有18个MsNACs蛋白具有膜结合域,且大多定位于细胞核,少数定位于内质网、线粒体等其他细胞器。表达分析结果表明,34个MsNACs在腐烂病菌侵染后差异表达,可根据表达模式分为A、B、C三个亚簇,其中MsNAC073和MsNAC102表达变化剧烈,分别在5 dpi下调近6倍和上调近140倍。【结论】基于新疆野苹果转录组数据,首次对MsNAC家族基因进行鉴定、分类和表达量分析,为新疆野苹果抗病响应关键NAC基因的功能研究奠定了基础,也为其他物种中抗病基因的筛选提供了参考。     

辣椒MYB基因家族的鉴定及与辣味关系分析

利用生物信息学方法从辣椒全基因组数据库中筛选出172个MYB转录因子，并对其序列特征、染色体定位、进化关系、蛋白质保守基序和基因结构等进行综合分析，同时通过辣椒果实不同发育阶段胎座组织转录组测序筛选与辣味可能相关的MYB基因。结果表明，辣椒MYB有1R、2R（R2R3）、3R、6R等类型，其中R2R3型居多，结构域分析表明其具有典型的W型R2R3保守基序；获取20个motif元件并进行位置分析，发现同一支MYB蛋白具有相似的结构特征；进一步与拟南芥聚类得到37个类群，推测具有多种生物学功能。转录组测序发现，CaMYB98、CaMYB168等12个MYB表达量符合‘黄魔王’辣椒果实胎座组织在不同发育期的辣椒素含量变化规律，推测其可能通过特异位点的结合来上调或下调相关蛋白的表达，从而达到对辣椒素代谢路径的调控，可作为辣味调控的重要候选基因进一步研究。     

苹果TIFY家族基因鉴定及其在虫害胁迫下的表达分析

利用生物信息学方法在苹果全基因组中鉴定了TIFY转录因子家族基因,对基因结构、蛋白保守基序和进化关系进行了分析,同时基于新疆野苹果(Malus sieversii)转录组数据分析,明确了苹果TIFY家族基因在虫害胁迫条件下的差异表达情况。共鉴定到了16个苹果TIFY基因,其蛋白质大小介于209~449 aa之间。16个TIFY基因分布于苹果8条染色体中,所有的MdTIFY蛋白都具有保守的TIFY结构域。其中8个苹果MdTIFY与新疆野苹果转录组测序拼接转录本对应,这些基因均含有保守的TIFY功能域,多物种进化分析表明该类蛋白可聚类成7个组。7个TIFY基因的表达量在不同处理间表现出显著差异,虫害侵染后,抗虫株系中MsTIFY10B-a表达量升高34倍,MsTIFY9-c上升5.2倍。同时抗虫株系在自然条件下茉莉酸—异亮氨酸含量显著高于敏感株系。新疆野苹果中重要抗虫响应基因MsTIFY10B-a和MsTIFY9-c位于预测关联网络节点中心位置,使它们在调节植物对生物胁迫的响应中发挥重要作用。     

苹果MdGLRs家族基因生物信息学鉴定和表达分析

 利用生物信息学策略对苹果MdGLRs家族基因编码蛋白的氨基酸序列的基本特征、二级结构、跨膜区域、亲疏水性、基因亚细胞定位及保守结构域进行了预测和分析,与拟南芥AtGLRs家族的20个基因进行了氨基酸序列比对和进化树分析,并对这些基因在不同营养生长器官中进行了表达分析。结果表明,苹果MdGLRs家族包含32个基因,分为3个亚族,大部分基因编码800个氨基酸以上,多含有3个跨膜区域,二级结构主要以α–螺旋、无规则卷曲、折叠延伸链为主;亚细胞定位预测发现,MdGLRs蛋白主要定位在内质网和质膜上;MdGLRs蛋白的保守结构域是S1-M1-M2-M3-S2-M4;大多数基因在根、茎、叶中普遍都有表达,在叶中的表达量最高。     

芜菁NAC转录因子BcNAC2基因的分离及其表达

 根据拟南芥NAC2的全长序列设计引物,从芜菁中成功分离了NAC转录因子BcNAC2基因,该基因最大开放阅读框为1 683 bp,编码560个氨基酸,共包含6个外显子和5个内含子。将BcNAC2与其他30个NACs蛋白进行序列比对以及重构系统进化树分析发现,BcNAC2与十字花科的拟南芥的同源性最高,芜菁BcNAC2与拟南芥NAC2蛋白功能结构域内的特征序列有显著的差异。半定量RT-PCR的结果表明,BcNAC2呈部分组成型表达特征,在授粉8 d的嫩角果中表达丰度最高,而且组织原位杂交结果显示,BcNAC2在胚囊中有较高的表达,由此推测,BcNAC2与芜菁的种子或胚的发育相关。     

甜瓜SAUR基因家族鉴定及生物信息学分析

SAUR(small auxin-up RNA)为早期生长素应答重要基因家族之一。采用生物信息学方法，对甜瓜SAUR家族基因进行系统地鉴定，并对其基因结构、进化关系、基因复制关系、基因组织表达水平等进行分析。结果表明：在甜瓜基因组中共鉴定出66个SAUR基因，在1号、11号染色体上分布的基因数目较多。通过最大似然法对甜瓜、拟南芥、西瓜、黄瓜SAUR家族基因蛋白氨基酸全长序列构建系统进化树，划分成5个类群，甜瓜与拟南芥的SAUR基因在进化树上更倾向于分布在不同的分支上，而与西瓜、黄瓜的SAUR基因在进化树上更倾向于聚在一起。共鉴定到6个串联重复事件以及11个片段复制基因对；甜瓜SAUR家族基因中有13个基因在6个物种中均可形成基因对。顺式作用元件预测鉴定到8个与非生物和生物胁迫相关的顺式作用元件，10个与植物激素响应相关的顺式作用元件，8个与植物生长发育相关的顺式作用元件。甜瓜SAUR家族基因在不同组织中的表达水平差异较大，在甜瓜不同发育阶段表达亦有所不同。     

对萼猕猴桃CDPK基因家族鉴定及非生物胁迫应答分析

【目的】鉴定对萼猕猴桃(Actinidia valvata)CDPK家族基因,并分析其在不同组织的表达模式以及对盐胁迫和淹水胁迫的响应。【方法】基于3代全长转录组测序数据,通过多种生物信息学手段,分析和鉴定对萼猕猴桃CDPK家族基因,利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术分析这些基因在不同组织中的表达,及在不同非生物胁迫条件下的表达情况。【结果】在对萼猕猴桃基因型KR5的全长转录组测序数据中共鉴定出63个CDPK基因,命名为AvCDPK1～AvCDPK63。系统发育分析将AvCDPK基因蛋白分为4个亚家族,同一亚家族具有相似的结构和基序(motif)。AvCDPK基因存在明显的组织表达特异性。AvCDPK49在盐胁迫和淹水胁迫条件下,均显著诱导表达,Av CDPK30和31在2种胁迫下均显著抑制表达。【结论】在对萼猕猴桃中共鉴定出63个CDPK基因,系统发育树显示Av CDPK基因家族与拟南芥CDPK基因家族在进化上高度保守。不同组织中AvCDPK的表达量存在明显差异,其中Av CDPK49受盐害、淹水诱导显著高表达,表明其可能在猕猴桃的耐盐和耐涝响应过程中发挥着重要作用。     

甘蓝PMEI家族基因结构、基因组分布和表达分析

为了弄清甘蓝PMEI家族基因成员数、基因结构和分布及其与自交不亲和性的关系,利用转录组测序和相关生物信息学方法对其进行了基因结构分析和全基因组鉴定,对家族基因进行了表达谱分析,并通过实时荧光定量PCR技术验证了基因的表达情况。结果表明,甘蓝中PMEI家族包含101个基因,分为11组,其成员不均匀分布在9条染色体上,主要通过全基因组三倍体复制(wholegenome triplication,WGT)和串联复制事件进行倍增,与拟南芥在1 556万年前发生分化。数字表达谱分析发现在101个基因中,BoPMEI56、BoPMEI54、BoPMEI32、BoPMEI29、BoPMEI78、BoPMEI30、BoPMEI57、BoPMEI58和BoPMEI84这9个基因在自花和异花授粉后表达趋势有明显差异。荧光定量PCR结果显示,其在自花授粉和异花授粉的表达变化趋势与转录组分析结果基本一致。这些结果表明:BoPMEI家族的101个成员中,可能至少有9个基因以不同方式参与调控甘蓝自花和异花授粉后的反应过程,可能与甘蓝自交不亲和性有关。     

滇牡丹类黄酮5-O-葡萄糖基转移酶基因的鉴定及表达分析

以野生黄花滇牡丹(Paeonia delavayi)为试材,采用RT-PCR技术,克隆得到一个具完整开放阅读框的类黄酮5-O-葡萄糖基转移酶(Pd5GT)基因,并对其进行生物信息学分析和转录模式分析,以期为研究滇牡丹花色素形成机理,滇牡丹糖基转移酶功能鉴定及花卉品质改良提供理论基础。结果表明:该基因全长1 410bp,编码469个氨基酸(GenBank登录号:ARA67364);生物信息学分析发现Pd5GT蛋白C末端含有PSPG盒子,其氨基酸序列为WCSQVEVLSHPSLGCFVTHCGWNSTTESLVCGVPVVAFPQWTDQGTNAKL,与已知功能的5GT蛋白序列聚为一类;该基因在茎、叶中微弱表达,在花中大量表达,在不同颜色的花瓣中均可大量表达。综上所述Pd5GT基因可能编码5-O-糖基转移酶,具有一定的组织特异性,花色特异性不明显。     

甘菊ClCOL5a基因的克隆与表达分析

以甘菊为试材,采用基因克隆及生物信息学方法,克隆了甘菊ClCOL5a基因并对其进行生物信息学分析及表达分析。结果表明:该基因共编码347个氨基酸,编码序列中含有2个保守的B-Box结构域和1个CCT结构域,属于CO家族的I类基因。NCBI Blastp分析与进化树分析均显示,该基因编码产物与拟南芥CO家族中AtCOL5相似性最高,故将该基因命名为ClCOL5a。实时定量分析显示,ClCOL5a为组成型表达,且在叶中表达量最高。在花芽膨大的过程中,ClCOL5a基因的表达逐渐升高,并在露色时达到最大值,之后逐渐降低,表明ClCOL5a在甘菊开花过程中可能发挥着重要功能。     

苹果MdCBL家族基因表达分析及MdCBL1的功能鉴定

利用生物信息学的方法,对10个苹果MdCBLs家族蛋白的功能域进行预测,并与拟南芥AtCBLs家族的10个蛋白进行了系统进化分析,同时对苹果MdCBLs基因进行了系统的命名。利用qRT-PCR,检测了苹果MdCBLs基因在不同组织的表达及对非生物胁迫(包括盐、低温、ABA、干旱)的响应,结果表明,MdCBLs在苹果不同组织及非生物胁迫中起重要作用。另外,通过遗传转化苹果愈伤组织鉴定了MdCBL1在盐胁迫中的功能,MdCBL1过量表达明显提高了转基因愈伤组织的盐胁迫抗性。     

南瓜热激蛋白相关基因CmHSP70-5 的克隆和高温胁迫下的表达分析

基于南瓜基因组序列，采用PCR 的方法从南瓜cDNA 中克隆1 个热激蛋白相关基因，命名为CmHSP70-5，采 用生物信息学方法分析该基因编码的蛋白与其同源蛋白的系统发育关系，利用荧光定量PCR 研究南瓜幼苗在高温胁迫下 CmHSP70-5 基因的表达量。结果表明：CmHSP70-5 基因全长1 953 bp，其编码的CmHSP70-5 蛋白与拟南芥AtHSP70-5 的亲缘关系最近。未经高温处理时CmHSP70-5 基因在根中的表达量要显著高于茎和叶。在高温胁迫下，根、茎、叶中 CmHSP70-5 基因均呈现上调表达，均在处理后3 h 表达量达到最大，说明CmHSP70-5 基因的表达与南瓜高温胁迫有关。