小麦DNA去甲基化酶基因全基因组鉴定及其在籽粒发育中的表达分析

DNA去甲基化酶（dMTase）是一种高度保守的表观遗传修饰因子，涉及许多生物学过程，包括生长发育、应激反应和次生代谢。本研究基于小麦基因组数据，对小麦 DNA去甲基化酶基因（TadMTase）进行了全面鉴定和生物信息学分析。结果表明，小麦基因组中包含18 个TadMTase基因，分布于小麦15条染色体上。系统进化分析将TadMTase分为 ROS、DML3、DML4 和 DML5等 4个亚家族，亚家族之间的TadMTase基因序列长度和内含子数量存在差异，但同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构、保守 motifs 和结构域，为植物dMTase基因家族的直系同源基因，在进化方面具有保守性。亚细胞定位预测TadMTase均定位于细胞核中；通过与小麦祖先物种的进化及共线性分析，发现在小麦异源六倍体形成过程中存在部分TadMTase基因丢失；TadMTase基因家族启动子区域包含大量光信号、植物激素、胁迫响应和生长发育等相关顺式作用元件；转录组数据分析表明TadMTase基因在不同组织器官和籽粒发育不同时期表达模式不同，有一定的组织特异性。进一步RNA-Seq和荧光定量PCR分析表明TaROS1b-1A.1和TaROS1a-5A/D分别在籽粒的种皮和胚乳发育时期显著上调表达，且在强筋和弱筋小麦品种中表达存在差异。结果为TadMTase 基因在调控小麦籽粒生长发育及其品质形成中的调控机制提供参考。     

蓖麻毒蛋白前体基因的时空表达模式分析

蓖麻毒蛋白（Ricin）是一类异二聚体复合物,包括一条具有催化活性的A链和具有半乳糖识别功能的B链,具有剧毒性。以RC2蓖麻为材料,利用半定量PCR和定量PCR技术分析蓖麻毒蛋白前体基因的时空表达模式。结果表明,在苗期蓖麻各组织中蓖麻毒蛋白前体基因不表达,而在成熟开花植株的各组织部位中,只在根和种子中有表达;而在种子发育过程中,授粉后1～2d内,子房中蓖麻毒蛋白前体基因有表达,之后伴随种子生长发育特异性表达消失;授粉后24 d,蓖麻毒蛋白前体基因再次表达,并且表达量快速增高。这一规律的发现为进一步研究蓖麻毒蛋白合成积累以及选育低毒蓖麻提供了重要参考。     

巴西橡胶树一个新的法尼基焦磷酸合酶基因的克隆及表达分析

利用同源克隆的方法在橡胶树中获得一个新的法尼基焦磷酸合酶基因,命名为Hb FPS2。序列分析显示,Hb FPS2基因组序列长4 171 bp,由12个外显子和11个内含子组成,c DNA全长1 288 bp,包含1 029 bp的开放阅读框、105 bp的5′-UTR和154 bp的3′-UTR,编码342个氨基酸,推测分子量为39.6 ku,等电点为5.27。氨基酸序列比对显示,Hb FPS2具有FPS家族保守的5个结构域。进化分析结果表明,Hb FPS2和Hb FPS1亲缘关系最近,与大戟科的蓖麻、大戟、麻风树法尼基焦磷酸合酶聚为一个亚类。定量PCR结果表明,Hb FPS2在橡胶树根、树皮、叶、花和胶乳等组织中均有表达,在花和胶乳中表达量较高,在根中表达量最低;茉莉酸和乙烯处理均能提高Hb FPS2基因的表达量,处理9 h时基因表达量分别提高了36倍和8倍。结果为分析法尼基焦磷酸合酶基因表达特性及其在天然橡胶生物合成途径中的作用机制奠定基础。     

菜豆几丁质酶基因的克隆、序列分析及其表达

根据GenBank中收录的菜豆几丁质酶基因mRNA序列设计一对引物,以菜豆品种五常油豆总DNA为模板,通过PCR扩增获得一个约1.1kb的DNA片段Bchi,将其克隆入pUC18载体.测序和序列分析结果表明,该序列全长1088bp,含有一个981bp的完整开放读码框,无内含子,编码327个氨基酸,编码产物在结构上具有Class Ia几丁质酶的结构特征:N-端具有一个26个氨基酸的信号肽,其后是富含8个半胱氨酸、长41个氨基酸的几丁质结合区和由249个氨基酸组成的高度保守的催化区,C-端为由11个氨基酸组成的液泡定位多肽.序列与结构上的同源性分析表明Bchi基因是菜豆Class Ia几丁质酶基因.此序列已在GenBank中注册,登录号为AY357300.以pQE-30为原核表达载体,构建成pQE-Bchi重组表达载体,转化表达受体菌E.coliM15,经IPTG诱导后表达出一个约35kD的蛋白,与推测的Bchi基因编码产物的大小一致,表明Bchi基因在大肠杆菌中能够表达,是一个具有表达功能的基因.     

巴西橡胶树膜联蛋白基因家族成员的鉴定和表达分析

膜联蛋白是一个多基因家族,在植物逆境胁迫应答和生长发育等方面起重要作用。本研究以已发表的膜联蛋白氨基酸序列为探针,对橡胶树和其他5种植物的转录组和基因组进行搜索,鉴定得到14个橡胶树膜联蛋白基因家族成员,命名为Ann Hb1-Ann Hb14。基因结构分析发现,14个家族成员的内含子数目为3~6个,结构域的数目为2~4个。在进化上,橡胶树、木薯和蓖麻共3种大戟科植物的膜联蛋白具有较近的亲缘关系。表达方面,Ann Hb1在各组织中普遍表达,而Ann Hb6和Ann Hb7主要在胶乳中表达,Ann Hb10、Ann Hb8和Ann Hb13分别在树叶、树皮和雄花中特异表达,其他成员在各组织中低丰度表达或不表达;部分家族成员的表达还与叶片发育、乙烯利刺激、真菌侵染和低温胁迫等具有一定相关性。     

无核荔枝ABA生物合成关键酶LcNCED基因克隆及其在生理落果阶段中的表达分析

9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoids dioxygenase,NCED)是ABA生物合成途径的关键限速酶,本研究利用RT-PCR技术从A4无核荔枝中分离得到NCED的3条c DNA序列(命名为LcNCED1、LcNCED2和LcNCED3)。通过同源比对和系统进化树分析,LcNCED基因编码的氨基酸序列与拟南芥等30个物种中的NCED氨基酸序列同源性都在65%以上,从而确定LcNCED属于NCED家族;通过与7条拟南芥及5条苹果NCED家族基因进行系统进化树分析,LcNCED2与调控苹果花瓣脱落MdNCED2、MdNCED4基因具有较高的同源性。Real-Time PCR表达分析发现,3个LcNCED基因在不同样品间表达存在显著差异,其中LcNCED2在各样品间的表达水平显著高于LcNCED1和LcNCED3,且LcNCED2表现出显著的组织特异性表达特点,花后15~75 d,LcNCED2在离区(果柄离层部位上下0.2 cm)中的表达量均高于种脐和果皮中,在花后45 d达到峰值,花后75 d稍有下降,基因表达的峰值略早于A4无核荔枝落果高峰期。而LcNCED1和LcNCED3在各组织样品中基因表达变化趋势规律不明显。上述结果表明,LcNCED2在离区中表达量变化比较符合A4无核荔枝生理落果趋势,推断LcNCED2基因可能与无核荔枝采前落果关系密切。      

龙眼14-3-3基因及其启动子的克隆以及在体胚发生过程中的表达分析

分离克隆龙眼(Dimocarpus longan Lour.)胚性愈伤组织14-3-3基因,并分析该基因在龙眼体胚发生过程中的表达情况。采用RT-PCR结合RACE法,获得龙眼胚性愈伤组织14-3-3基因的cDNA全长序列和DNA序列,采用TAIL-PCR法,获得龙眼胚性愈伤组织14-3-3基因的启动子DNA序列,运用生物信息学方法对序列进行分析,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)研究该基因在龙眼体胚发生过程中的表达。结果表明:经克隆得到龙眼胚性愈伤组织14-3-3基因786 bp的cDNA全长序列(GenBank检索号为GU573765),该cDNA开放阅读框推定的氨基酸序列(含261个氨基酸)与其它植物14-3-3具有较高同源性;该基因的DNA序列(GenBank检索号为GU573766)长为1 859 bp,包含3个内含子,内含子的剪切位点均符合真核生物"GT-AG"规则;该基因的启动子DNA序列(GenBank检索号为GU573766)长为910 bp;该基因在龙眼体胚各阶段均有表达,其中在松散型胚性愈伤组织阶段和心形胚及鱼雷形胚阶段呈现高表达,整个变化趋势呈"倒S"状。     

茶树DNA去甲基化酶基因的全基因组鉴定及表达分析

DNA去甲基化酶（dMTase）是主动去甲基化过程中具有糖基化酶和脱嘌呤裂合酶活性的双功能酶。基于茶树基因组数据,本研究利用生物信息学方法对茶树DNA去甲基化酶（CsdMTase）编码基因进行了全面鉴定和序列分析。全基因组鉴定结果表明,舒茶早基因组中包含4个CsdMTases,系统进化分析将CsdMTases分为DME和ROS两个分支,基因结构分析显示不同成员之间的基因序列长度和内含子数量存在差异。不同CsdMTases蛋白的理化性质相似,均包含ENDO3c和RRM_DME典型的保守结构域,且都定位在细胞核中。CsdMTases家族基因启动子区域包含大量光信号响应、植物激素响应、胁迫响应和生长发育等相关顺式作用元件。表达分析结果显示,CsdMTase基因在不同组织器官中均有表达,有一定的组织特异性;在炭疽菌（Colletotrichum camelliae）、拟盘多毛孢菌（Pseudopestalotiopsis camelliae-sinensis）和茶尺蠖（Ectropis oblique）等生物胁迫及干旱等非生物胁迫下,CsdMTase的表达均被显著诱导;冬季休眠过程中CsdMTases在不同品种成熟叶和越冬芽中的表达模式存在显著差异;CsDMEa、CsDMEb在花芽发育及种子萌发的不同阶段的表达存在显著上调过程。CsdMTases介导的主动去甲基化过程在调控茶树胁迫应答和生长发育中可能发挥了重要的作用,为深入揭示茶树表观调控机制提供理论依据。     

小桐子转录因子JcZAT10基因的分离与低温表达分析

利用RT-PCR技术克隆小桐子C2H2型锌指蛋白ZAT10转录因子基因c DNA序列,命名为Jc ZAT10,并对其基因结构、功能结构域、系统进化及差异表达进行了分析。结果表明,小桐子Jc ZAT10基因开放阅读框全长753bp,编码250个氨基酸,推测蛋白分子量为26.7k Da,理论等电点为8.45,并鉴定到两个锌指结构域、核定位信号序列以及富Leu保守基序。系统进化分析显示,Jc ZAT10与同属大戟科的蓖麻亲缘关系最近,序列一致性为79.6%。qRT-PCR分析表明,小桐子Jc ZAT10基因存在组织表达特异性,在茎中表达量较高,而在叶片中表达量较低,但在叶片与根中受低温诱导表达,且都在低温胁迫3h时达到最大表达量。本研究为进一步对Jc ZAT10基因进行功能验证以及其在低温信号转导中的机制研究提供了依据。     

蓖麻SnRK2基因家族的鉴定和特征分析

SnRK2是一类植物特有的Ser/Thr类蛋白激酶。为研究其在蓖麻抗逆过程中的作用,基于蓖麻的基因组序列信息,利用生物信息学方法鉴定了6个蓖麻SnRK2蛋白激酶成员。分析发现这些蛋白具有亲水性属性,基因结构分析表明,植物SnRK2基因在进化过程中具有很高的保守性;系统与进化分析发现植物SnRK2蛋白在单、双子叶植物中分化显著,可能是独立演化的结果。高通量RNA-seq测序结果显示,大部分SnRK2基因在检测的各个组织中均有表达,且在不同组织间或种子发育的不同阶段没有明显的组织特异性;外源ABA处理种子后,Group 2的基因表达显著上调。进一步利用半定量RT-PCR技术检测外源(100μmol/L)ABA、(250mmol/L)Na Cl和(4℃)冷胁迫处理的幼苗,发现Group 2中的基因29908.m006067被这3种胁迫强烈激活,基因29772.m000313对ABA和冷胁迫有较强的响应。     

蓖麻基因组中一种Mutator-lik类型MITEs元件的结构分析和鉴定

利用生物信息学方法，对蓖麻基因组Mutator-like类型MITEs元件进行了分析和鉴定。结果表明，蓖麻基因组上共鉴定出76个小于3 kb的Mutator-like类型MITEs元件，其中长度小于1 000 bp的元件有53个，占69.7％。这些MITEs元件中有42个位于基因间隔区，11个位于基因内含子区，位于5'UTR和3'UTR区的分别有8个和4个，另有1个位于基因编码区。29个MITEs元件带有转座酶以外的功能基因片段，成为pack-MITEs。多个pack-MITEs带有相同的非转座酶基因片段。Mutator-like类型的MITEs对蓖麻基因的表达和基因组的进化有潜在的影响，值得深入分析。     

蓖麻RcWD40家族鉴定与表达分析

植物中的WD40蛋白家族通过蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA的互作,参与生物过程,该家族的重要成员TTG1在拟南芥中抑制种子脂肪酸的过早积累。为揭示油料作物蓖麻中RcWD40基因家族及RcTTG1基因的表达特征,利用生物信息学手段在全基因组水平鉴定到182个RcWD40家族成员,其中RcWD40-181为RcTTG1基因,并对它们的系统发育、保守结构域及表达模式等进行分析。根据进化树结构和保守域组成分别将RcWD40家族成员分为8个cluster和28个亚家族。此外,转录组分析显示RcWD40在蓖麻的花、叶、根、茎以及各发育时期种子中具有多样的表达模式,预测家族基因可能调节这些组织的生长发育。启动子区域转录因子结合位点及种子发育表达分析结果预测RcTTG1可能承担与AtTTG1相似的脂肪酸积累负调节功能。     

玉米CaM基因家族鉴定及特性分析

利用玉米基因组等多种数据库搜索CaM家族基因，对玉米CaM基因家族进行筛选与鉴定，对家族成员的基因结构、等电点、分子量、亚细胞定位、蛋白保守域等蛋白基本特性进行分析。同时分析不同组织和干旱胁迫条件下该类基因的表达情况，进一步利用qRT-PCR技术检测5个具有代表性的CaM基因在干旱处理条件下的表达变化。结果显示，共获得14个CaM基因，根据3’-UTR序列构建的系统进化树显示可分为4个亚家族。根据蛋白质的氨基酸序列，可分为3种亚型。家族成员蛋白分子量大多数为16.8 kD左右，等电点介于4.10～4.30，该家族蛋白保守结构域由3～4个EF手型结构域组成，主要定位于细胞质和细胞核。Zmcal4、Zmcal5和Zmcal6基因在各组织中表达非常低，干旱会抑制家族大部分成员的表达，覆水处理后，Zmcal3-1、Zmcal3-2、Zmcal3-3、Zmcal3-4的表达可恢复到对照水平，推测这几个基因可能参与干旱胁迫反应。qRT-PCR结果表明，干旱会抑制CaM基因的表达，随着干旱处理时间的增加，CaM基因的表达量逐渐降低，与生信分析结果一致。     

茶树WOX基因家族的鉴定和表达模式分析

WOX转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起着重要的调控作用。文章基于全基因组数据,从茶树基因组中鉴定出29个WOX基因,并对其基因结构、进化关系、保守域、染色体定位进行分析,同时分析了它们在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理中的转录组数据。结果表明,29个CsWOX(茶树WOX)基因在茶树染色体上分布不均;根据进化关系将茶树WOX基因分为4类;基因结构和保守基序分析发现相同亚家族的基因结构和保守结构域基本一致;基因表达分析显示,CsWOX基因在花和果实组织中具有较高的表达水平,且部分基因随着叶片成熟度的增加,表达水平升高;不同的Cs?WOX基因在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理下存在差异表达,说明CsWOX基因广泛参与茶树生长发育并在响应非生物胁迫中发挥重要作用。该结果将为进一步研究WOX基因在调控茶树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,为茶树WOX基因的功能研究与利用提供科学依据。     

茶树CsGPX基因全基因组鉴定和表达分析

为明确茶树谷胱甘肽过氧化物酶(CsGPX)基因与非生物胁迫的关系,本研究利用生物信息学手段在茶树基因组中筛选得到3条CsGPX基因,对其编码蛋白理化性质、基因结构、系统进化树、顺式作用元件进行了分析。结果表明,CsGPX包含完整GPX结构域和3段保守序列,都具6个外显子。预测启动子上有参与植物激素和非生物胁迫响应的顺式作用元件。使用实时荧光定量PCR测定该基因的表达谱,发现它们在不同组织中的表达有显著差异。进一步分析表明,CsGPX被低温、ABA、盐以及干旱处理上调表达,但CsGPX2和CsGPX3的表达受低温抑制。本研究为茶树CsGPX家族基因克隆和功能验证提供基础。     

蓖麻WRKY转录因子的全基因组鉴定及其进化分析

 为探讨WRKY转录因子在蓖麻耐胁迫中可能的生物学功能,研究基于已公布的基因组和ESTs数据对蓖麻WRKY转录因子家族进行全面鉴定和系统命名,并在此基础上分析了其基因结构和进化特征。结果显示,蓖麻基因组中至少存在56个WRKY基因,它们散布于39条scaffolds上,所含内含子数目在1-5个;RcWRKYs包含1~2个WRKY结构域,根据WRKY结构域的数量及其锌指结构的特征,这些蛋白可分为I、IIa、IIb、IIc、IId、IIe 和III类/亚类。与拟南芥相比,蓖麻的WRKY基因在物种分化后并未明显进化,它们中的大部分在拟南芥中都有同源基因;相对而言,在不同类基因中,I类的WRKY基因得到了较快的进化。       

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运，在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能，本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员，并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员，所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现，小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近；除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外，其余小麦PHO蛋白均具有完整基序，且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构，说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现，小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现，大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现，低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

花生AT-hook家族基因的生物信息学分析

AT-hook蛋白不仅在植物生长发育、器官构建、胁迫和激素信号应答中起重要作用,而且还作为染色质重塑的转录因子和辅助因子,调节基因的转录活性。为全面了解花生AT-hook基因家族的结构特征,利用生物信息学技术比对花生基因组数据库,分析AT-hook基因家族成员的理化性质、基因结构、保守结构域和系统发育关系以及在12个组织中的表达特异性。结果表明：在花生基因组数据库中鉴定得到64个AT-hook基因,染色体定位显示这些基因在染色体上呈不均匀分布。系统发育树分析表明花生AT-hook基因可分为8个亚群,多数基因都含有5?-UTR和3?-UTR。MEME数据库显示,花生AT-hook基因编码的蛋白质包含6个保守的结构域,大多数AT-hook蛋白含有RGRP和PPC的基序。表达热图显示,AT-hook基因在不同花生组织中呈现特定的表达模式,如arahy.BT3IUC、arahy.QUTE6V、arahy.8MM6DT、arahy.RIX96U和arahy.T2XHT6在根中高度表达,但arahy.EW3BSR和arahy.CSXK13分别在雌蕊和叶片中高丰度均匀转录。本研究结果为进一步阐明花生基因组中AT-hook基因的潜在分子功能提供理论参考。     

基于转录组的荔枝ARF基因家族的鉴定及表达分析

生长素反应因子(Auxin Response Factors,ARFs)是调节生长素表达的转录因子响应基因,ARF基因在植物中大多由多基因家族组成。基于转录组数据,通过生物信息学方法对荔枝ARF基因进行鉴定,并分析其理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统进化以及基因的表达模式。在荔枝中鉴定出21个ARF基因,其编码的蛋白质含有53~1 117个氨基酸,分子量约为6.112~123.872 ku,等电点为4.21~9.45。亚细胞定位预测结果显示21个ARF均定位于细胞核。Lc ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域。进化树分析表明荔枝ARF蛋白分为5个亚家族。21个荔枝ARF基因在花穗发育过程中有明显不同的表达规律。该结果为进一步深入研究荔枝ARF基因家族的功能奠定了基础。