全基因组水平紫花苜蓿TCP基因家族的鉴定及其在干旱胁迫下表达模式分析

紫花苜蓿是世界最重要的豆科牧草之一，干旱是影响其产量和地理分布的关键瓶颈。在紫花苜蓿响应干旱胁迫过程中，转录因子发挥着重要的调控作用。TCP（teosinte branchesd 1/cycloidea/pro-liferating cell factors）为植物特有的转录因子，在植物生长、发育、响应逆境胁迫中都具有重要的生物学功能。截至目前，该基因家族在紫花苜蓿中的分布以及响应干旱胁迫的生物学功能仍未见报道。因此，为进一步挖掘紫花苜蓿中响应干旱胁迫功能基因，本研究利用生物信息学方法在全基因组水平对TCP基因家族进行了鉴定，并对其系统进化、基因结构、染色体定位、共线性分析以及干旱胁迫下的表达模式进行了分析。结果表明，紫花苜蓿基因组中共鉴定出40个MsTCP基因，不均匀地分布于20条染色体上，其中包括17对旁系同源基因对，且都是基因片段复制事件。系统发育和保守结构域分析发现，MsTCP基因可以分为2个大分支和3个亚家族（PCF， CIN与CYC/TB1），同一分支中的成员具有相同氨基酸数目的TCP结构域，同亚家族中的成员具有相似的保守基序与基因结构。此外，通过分析紫花苜蓿响应干旱转录组数据共鉴定出4个可能与紫花苜蓿响应干旱胁迫有关的MsTCP基因（MsTCP23，MsTCP27，MsTCP29，MsTCP33）。qRT-PCR结果进一步表明PEG模拟干旱胁迫处理后，这4个基因的表达量在根和叶中均显著上调，进一步确定了这些基因的确响应紫花苜蓿干旱胁迫。该研究为后期深入解析紫花苜蓿响应干旱胁迫理论以及通过基因工程技术创制高抗旱紫花苜蓿新种质奠定基础。     

象草全基因组bHLH转录因子家族鉴定及表达分析北大核心CSCD

bHLH转录因子家族不仅参与了植物的生长发育,而且在植物响应逆境胁迫和次生代谢方面发挥着关键作用。在全基因组水平对重要饲草及能源植物象草的bHLH转录因子家族进行了鉴定及分析,并利用转录组数据及定量RT-PCR分析了象草bHLH转录因子对赤霉素(GA_(3))和多效唑(PAC)的响应。结果显示:在象草中共鉴定出229个具有完整保守结构域的bHLH基因家族成员(CpbHLH001~CpbHLH229),不均匀地分布于14条染色体上;系统进化分析结果表明,229个CpbHLHs可被分为18个亚类,其中C亚类的成员数量最多,为41个;此外,相同亚家族中的大多数基因具有相似的基因结构和保守基序;基于转录组数据的表达谱分析结果发现,多数bHLH基因在象草茎尖组织中均对GA_(3)和PAC有响应。随机挑选9个表达量较高的基因进一步通过qPCR进行验证。结果显示,经外源GA_(3)和PAC处理之后,这9个基因因不同处理而差异表达,表明这9个基因可能与GA_(3)和PAC介导的信号通路有关。综上所述,本研究为象草bHLH转录因子家族的生物学功能奠定了基础。     

蒺藜苜蓿LEA基因家族全基因组分析

胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)是一类在种子胚胎发育后期特异表达并受发育阶段及脱水信号调节的脱水保护蛋白,在响应植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中具有重要功能。本研究利用生物信息学手段,在全基因组水平对蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)LEA基因家族进行分析,并对其进化、基因结构、进化压力、染色体定位及基因表达模式进行了系统分析。本研究共筛选出23个蒺藜苜蓿LEA家族基因,可分为8个亚家族。基因定位结果表明,23个蒺藜苜蓿LEA基因分布于除6号染色体外的其他7条染色体上,但分布不均匀;家族成员外显子数目都不超过两个,结构简单。不同组织表达谱分析结果显示,LEA家族基因具有不同的组织表达模式,并受干旱逆境胁迫调控。本研究结果可为蒺藜苜蓿LEA基因家族的功能分析奠定基础。     

柳枝稷TIFY基因家族的鉴定与分析

为探究TIFY基因家族在柳枝稷（Panicum virgatum）中的生物学功能,本研究运用生物信息学手段对柳枝稷基因组中的TIFY家族成员进行了鉴定,并对其染色体定位、进化与结构特点、启动子区顺式作用元件、时空表达模式等进行了分析,且通过定量实验验证了JAZ亚家族部分成员的激素应答与胁迫响应特性。结果表明：48个柳枝稷TIFY基因分属于ZML（7个）、TIFY（1个）与JAZ（40个）3个亚家族,分布在除染色体3以外的染色体上,且在染色体9成簇排列;柳枝稷TIFY基因按照进化关系及结构特点可分为5组,每组内的成员具有相似的基因结构与保守基序组成;柳枝稷TIFY基因启动子区存在多种胁迫响应元件与激素信号调控元件,经定量实验证实PviTIFY10各成员在茉莉酸（jasmonic acid,JA）处理及盐与干旱胁迫下反应强烈;JAZ亚家族部分成员尤其是PviTIFY10b在花序与根的发育过程中有较高表达。根据以上结果推测TIFY基因家族可能在柳枝稷激素信号调控与胁迫防御反应及生长发育等多方面发挥功能。     

美洲狼尾草CCD基因家族全基因组鉴定及分析

鉴定美洲狼尾草（Pennisetum glaucum）中的类胡萝卜素裂解双加氧酶（Carotenoid cleavage dioxygenases,CCD）基因家族成员,为美洲狼尾草中PmCCD基因进一步的功能研究与遗传改良提供一定的理论依据。基于美洲狼尾草已公开的全基因组数据,成功鉴定了其中的CCD成员,并预测了该家族成员的系统进化关系,此外,分析了这些成员的蛋白理化性质、功能结构以及保守基序,并深入研究了它们的启动子顺式作用元件等,最后结合转录组数据分析了PmCCD基因在组织中、高温胁迫和干旱胁迫下的表达模式。共鉴定出13个PmCCD基因,分布于5条染色体上,系统进化分类为2个大类别,共计6个亚家族,所鉴定出的成员均具备典型的RPE65或PLN型蛋白结构域,其启动子区域有与逆境胁迫、激素响应以及生长发育等生物过程密切相关的顺式作用元件。转录组数据分析表明,PMccd-1、PMcccd-6、PMccd-7、PMccd-12基因在美洲狼尾草的穗组织中具有显著的高表达,在干旱与高温胁迫下,PmCCD基因产生了显著的表达变化,且受胁迫影响根系中的表达差异高于叶片。综上结果表明在干旱诱导时,...     

WRKY转录因子家族在植物响应逆境胁迫中的功能及应用

WRKY转录因子家族是植物体内最大的转录因子超家族之一,广泛分布在多种植物中.WRKY转录因子家族因具有高度保守的WRKY结构域而得名,它可以结合靶基因启动子W-box顺式作用元件,从而调控多种类型靶基因的表达,在植物响应生物及非生物胁迫(盐胁迫、干旱胁迫、氧化胁迫等)过程中起到重要的调控作用.本文介绍了WRKY转录因子家族的分子结构特征及作用机制,分析了其在植物响应生物和非生物胁迫过程中的生物学功能及分子调控机理,总结了WRKY转录因子家族在牧草中的研究进展,指出深入研究野生植物体内WRKY转录因子的调控机理,可能会为我们探索WRKY转录因子调控功能提供新的视角.本文为深入研究WRKY转录因子家族的调控机理,及其在牧草中发挥的生物学功能奠定理论基础和提供研究思路.     

千穗谷TALE转录因子家族的生物信息学分析

TALE转录因子广泛存在于植物中，对植物的生长发育和对外界环境的响应发挥着重要作用。本研究在千穗谷(Amaranthus hypochondriacus)基因组中共鉴定出11个TALE基因。系统发育分析将千穗谷TALE家族蛋白分为BELL和KNOX两个亚家族，同一亚家族中的AhTALEs基因具有相似的基因结构，编码蛋白也具有类似的结构域。蛋白二级结构和三级结构分析都表明AhTALEs蛋白由螺旋-角-螺旋的结构构成。此外，对千穗谷与其他物种的TALE基因共线性关系、组织表达特性和AhTALEs基因启动子区的顺式作用元件分析发现，不同AhTALEs亚家族在各组织中的表达模式不同，并且发现启动子区包含大量非生物胁迫和激素响应元件，这为AhTALE家族的进化分析提供了依据。qRT-PCR分析发现AhTALEs基因在低温和干旱胁迫下的表达水平有不同程度的变化，表明AhTALEs基因能够响应低温和干旱胁迫应答。本研究为开展千穗谷中TALE转录因子在非生物胁迫中的生物学功能研究提供了重要参考。     

WRKY转录因子家族在植物响应逆境胁迫中的功能及应用

WRKY转录因子家族是植物体内最大的转录因子超家族之一,广泛分布在多种植物中。WRKY转录因子家族因具有高度保守的WRKY结构域而得名,它可以结合靶基因启动子W-box顺式作用元件,从而调控多种类型靶基因的表达,在植物响应生物及非生物胁迫(盐胁迫、干旱胁迫、氧化胁迫等)过程中起到重要的调控作用。本文介绍了WRKY转录因子家族的分子结构特征及作用机制,分析了其在植物响应生物和非生物胁迫过程中的生物学功能及分子调控机理,总结了WRKY转录因子家族在牧草中的研究进展,指出深入研究野生植物体内WRKY转录因子的调控机理,可能会为我们探索WRKY转录因子调控功能提供新的视角。本文为深入研究WRKY转录因子家族的调控机理,及其在牧草中发挥的生物学功能奠定理论基础和提供研究思路。     

Identification of CAX gene family and expression profile analysis of response to abiotic stress in alfalfa北大核心CSCD

Ca²⁺/H⁺反向转运蛋白（CAX）是一类重要的跨膜转运蛋白,在调控植物Ca²⁺平衡、抵抗非生物胁迫和转运重金属离子等方面具有重要作用。利用生物信息学方法在全基因组水平对紫花苜蓿CAX基因家族进行了鉴定,并对其理化性质、结构特征、系统进化关系、顺式作用元件、染色体定位等进行了分析。结果表明,在紫花苜蓿全基因组中共筛选鉴定出15个MsCAX基因,分布于紫花苜蓿15条染色体上,发生22对基因片段重复事件,编码367~460个氨基酸,等电点为5.2~6.5,且均表现为疏水性蛋白。系统进化关系分析结果表明,MsCAXs分为2个亚家族,同一亚家族成员具有相似的基因结构、保守基序和跨膜结构域数量。MsCAXs启动子区域存在光响应性、激素反应性和胁迫响应元件。利用qRT-PCR分析了6个MsCAXs基因在非生物胁迫下的表达模式,结果表明,在干旱和低温胁迫下,6个MsCAX基因均显著下调表达,在盐和盐碱胁迫下,3个MsCAX基因上调表达。说明在不同的非生物胁迫下,MsCAXs基因表现出不同的表达模式。研究结果为进一步探索紫花苜蓿CAX基因家族的功能提供了参考。     

紫花苜蓿R2R3-MYB亚家族鉴定与干旱胁迫下的表达分析

MYB(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog)家族是最大的转录因子家族之一，R2R3-MYB亚家族在植物胁迫响应、次级代谢、生长和发育等过程发挥重要作用。本研究利用紫花苜蓿(Medicago sativa‘Zhongmu No.1’)基因组和转录组数据，通过生物信息学方法鉴定了R2R3-MYB转录因子，并对其序列特征、系统进化、染色体分布、基因结构、顺式作用元件及干旱胁迫下的表达模式进行分析。结果显示，紫花苜蓿中有121个R2R3-MYB亚家族成员，各成员均具有两个典型的MYB结构域，理化性质变化较大。系统进化分析将121个成员分为33个组，各成员无规律地定位在8条染色体上。基因结构和顺式作用元件分析发现，同一分组具有相同或相似的外显子数和顺式作用元件。响应干旱胁迫表达模式分析和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果表明干旱胁迫下MsMYB12,MsMYB45,MsMYB52,MsMYB73,MsMYB88,MsMYB124,MsMYB149,MsMYB189,MsMYB268基因的表达量显著上调，可作为后期紫花苜蓿响应干...     

白刺14-3-3基因家族的鉴定及表达分析

为探明白刺(Nitraria tangutorum)14-3-3基因家族的基本特征及其进化关系,本研究基于白刺转录组数据,利用生物信息学方法,对白刺14-3-3基因家族成员进行鉴定,预测其理化性质、亚细胞定位、保守结构域,分析其系统进化关系及其基因在不同浓度盐、干旱处理下的组织器官表达模式。结果表明：从白刺转录组数据中初步筛选出10个14-3-3家族成员,其中具有完整蛋白质编码区(Coding Sequence,CDS)的9个成员,其蛋白的编码氨基酸的数目为212~297个,等电点在4.73~6.14之间,分子量范围是24.06~33.51 kDa,二级结构主要以α螺旋为主,三级结构高度保守;亚细胞定位预测显示该家族成员主要分布在细胞质上;表达模式分析表明,14-3-3基因在白刺不同组织器官中呈现不同的表达规律,且参与应答外界的干旱和盐胁迫。由此推测,14-3-3基因家族可能在白刺的胁迫防御方面发挥重要功能。本研究结果为进一步深入揭示白刺14-3-3基因家族的功能奠定基础。     

蒺藜苜蓿cation/H+ exchanger基因家族鉴定及表达特征分析

CPA（cation proton antiporter）超家族通过转运质子和一价金属离子调节细胞内离子和pH稳定。阳离子质子转运体（cation/H⁺ exchanger,CHX）基因家族属于CPA2（cation proton antiporter 2）超家族,其N端有一个Na⁺/H⁺ exchanger结构域,对植物维持细胞离子平衡、花器官发育起着至关重要的作用。通过生物信息学手段,系统地分析了蒺藜苜蓿CHX家族基因,通过全基因组筛选共鉴定出47个MtCHXs;染色体定位分析表明蒺藜苜蓿CHX基因分布在8条不同的染色体上;同源性分析显示蒺藜苜蓿和拟南芥亲缘关系近,而与水稻亲缘关系远;进一步进化关系分析将47个MtCHXs基因分为5组,并且各组内成员在基因结构和基序上比较保守;顺式作用元件分析发现MtCHXs基因启动子包含大量光响应元件、激素响应元件以及干旱、低温、创伤响应元件;表达特性分析发现MtCHXs在生殖器官中高表达,并且响应干旱、低温等非生物胁迫。     

全基因组水平蒺藜苜蓿CPP基因家族的鉴定及表达模式分析

CPP （cysteine-rich polycomb-like protein）基因家族是一类小转录因子，广泛存在于除酵母与原核生物外的各种生物体中，在植物生长发育及响应胁迫过程中具有重要作用。截至目前，CPP基因家族已在多个物种中被鉴定和研究，但在豆科模式植物蒺藜苜蓿中还未见报道。本研究采用生物信息学的方法，在蒺藜苜蓿中共鉴定出9个CPP基因。通过与3个物种CPP基因的蛋白序列构建系统发育树，将CPP基因分为3类，MtCPP成员与大豆的亲缘关系更接近。保守结构域分析表明MtCPP转录因子都具有1~2个CXC保守结构域。染色体定位分析得出，9个CPP基因分布在6条染色体上，并鉴定出2对旁系同源基因，均来源于片段重复事件。通过基因芯片技术检测MtCPP基因的表达模式结果显示，MtCPP基因的表达具有一定的时空特异性。MtCPP基因启动子中含有大量与激素以及胁迫相关的顺式作用元件，并且MtCPP2、MtCPP5、MtCPP6和MtCPP7基因具有响应干旱的表达特征，MtCPP2和MtCPP8基因具有响应盐胁迫的功能。该研究可为后期深入解析MtCPP基因家族功能和筛选参与苜蓿抗逆的MtCPP基因奠定基础。     

美洲狼尾草HXK基因家族鉴定及表达

己糖激酶(Hexokinase, HXK)是糖酵解途径中的关键酶，在细胞信号传导和糖感知过程起重要作用。探究美洲狼尾草HXK家族基因的详细特征及功能，解析其在该物种生长发育各个环节中的调控作用，本研究基于美洲狼尾草全基因组数据对美洲狼尾草的己糖激酶基因家族展开分析，共鉴定出12个美洲狼尾草PMhxk基因，同时通过系统进化分析将其分为4个亚组。蛋白质基序分析表明PMhxk家族具有两个较为保守的motif片段，顺式作用元件分析表明PMhxk成员的启动子、增强子等调控区域有大量的胁迫响应与植物激素响应元件。PMhxk基因家族的表达分析表明，美洲狼尾草的HXK基因集中表达于抽穗期的穗组织中，部分PMhxk成员在干旱胁迫和盐胁迫中出现表达上调，且干旱胁迫更为明显。综上，本研究鉴定了美洲狼尾草HXK基因家族成员，并通过全面的转录组数据发现该家族成员具有显著的组织特异性和逆境表达差异性，为深入探讨HXK家族基因的功能提供了有价值的信息。     

柳枝稷PvJAZ1基因的克隆、表达特性与亚细胞定位

JAZ蛋白在植物生长发育和胁迫信号通路中具有关键作用。为探究JAZ蛋白在柳枝稷（Panicum virgatum L.）中的调控机制,本研究从柳枝稷中克隆了PvJAZ1基因,并对其分子特征、表达特性与亚细胞定位进行了分析。结果研究表明：PvJAZ1的开放阅读框长度为630 bp,编码209个氨基酸,为不稳定的亲水性蛋白,该蛋白含有JAZ亚家族保守的TIFY与Jas结构域;系统进化分析表明PvJAZ1蛋白与糜子（Panicum miliaceum）和哈氏黍（Panicum hallii）的JAZ蛋白亲缘关系较近;启动子分析表明PvJAZ1基因启动子区域包含与光响应、激素响应、胁迫响应和生长进程相关的顺式作用元件;PvJAZ1在生长素（auxin,IAA）、盐和干旱胁迫下反应强烈,在小穗中的表达量显著高于其它组织;PvJAZ1蛋白定位于细胞核和内质网上。本研究初步确定柳枝稷PvJAZ1基因在激素、胁迫信号应答和生长发育进程中具有关键作用,为探究PvJAZ1基因功能奠定了基础。     

蒺藜苜蓿全基因组中U-box基因家族的筛选与特征分析

植物基因组中广泛存在U-box基因,其编码蛋白大部分作为泛素系统中决定底物特异性识别的E₃泛素连接酶,广泛地调控植物生长生殖发育以及响应逆境胁迫等过程。本文利用蒺藜苜蓿基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定蒺藜苜蓿U-box家族基因;采用MEGA6软件进行系统进化树分析;通过GSDS在线工具和Mapinspect软件进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的蒺藜苜蓿芯片数据进行组织表达和胁迫响应表达分析。结果表明,蒺藜苜蓿基因组中含有41个U-box基因,不均匀地分布于蒺藜苜蓿的8条染色体上。根据结构域组成和系统进化分析将这些U-box蛋白分成6类。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性,并能响应盐、干旱和氮素胁迫。这些研究结果为蒺藜苜蓿U-box基因家族的功能分析奠定了基础。     

鸭茅bZIP基因家族鉴定及非生物胁迫表达模式

冷季型牧草鸭茅(Dactylis glomerata)在生长过程中会受到各种逆境胁迫的影响。bZIP转录因子参与多种生物学过程，尤其在植物抵御生物和非生物胁迫过程中发挥关键作用。本研究利用生物信息学和实时荧光定量(qRTPCR)的方法，对鸭茅bZIP基因家族进行全基因组鉴定和分析并探究其表达模式。共鉴定出103个DgbZIP基因并将其划分为11个亚家族。对于同一亚族内成员而言，它们的保守序列和基因结构具有一定的相似性，并预测到许多与胁迫密切联系的顺式作用元件。研究结果表明，在热和干旱胁迫处理后A、C、S亚族成员较强烈地响应胁迫并参与表达调控。本研究为进一步揭示鸭茅bZIP基因响应逆境胁迫的分子机制提供了参考。     

黑果枸杞GRF转录因子家族鉴定与生物信息学分析

为探究黑果枸杞（Lycium ruthenicum） GRF基因家族成员在盐胁迫下的耐盐分子机制，采用生物信息学方法，对黑果枸杞转录组数据库进行分析，并对GRF家族成员的理化性质、保守结构域、进化树、基因家族表达谱进行分析。结果表明，通过转录组数据共筛选出14个GRF家族成员，这些蛋白编码氨基酸的个数为136~585 aa，等电点为5.58~9.33，分子量为14.566 97~62.986 65 kDa。保守基序表明，多数黑果枸杞GRF的N端具有QLQ和WRC保守结构域。系统进化分析发现，14个LrGRFs被分为7个亚族，位于同一亚族的GRF基序组成相似，部分黑果枸杞GRF与番茄GRF具有相对应的进化关系。表达谱表明，不同组织的LrGRFs在不同盐胁迫下均有响应，其中LrGRF6，LrGRF10和LrGRF12在根中高表达，而LrGRF2，LrGRF6和LrGRF10在叶中表现为高表达，这表明其可能在黑果枸杞中发挥着更加重要的调控作用。结果为进一步深入揭示LrGRFs在盐胁迫环境下的分子机制奠定了理论基础。     

黑果枸杞XTH转录因子家族鉴定与生物信息学分析

为探究木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶(Xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase, XTHs)基因家族在黑果枸杞(Lycium ruthenicum)生长发育中的作用，以及对盐胁迫的响应，本文通过生物信息学方法对XTHs基因的理化性质、保守结构域、进化关系和表达模式进行分析。从黑果枸杞转录组数据中共筛选出19个LrXTHs成员，其编码氨基酸的数目为258～330 aa,分子量为29.77～37.98 kDa,等电点为4.98～8.92,基因长度为954～1 814 bp。LrXTHs成员都含DE(I/L/F/V)D(F/I/M)EFLG保守结构域。系统发育树显示XTH基因家族可分为4个亚族。基因表达谱显示不同组织中的LrXTHs在盐胁迫下具有不同的表达趋势，LrXTH3,LrXTH18和LrXTH19在根部组织中高表达，LrXTH9在根部和叶部组织中高表达，表明LrXTHs可能在黑果枸杞的盐胁迫响应中发挥重要作用。该结果为黑果枸杞及XTH家族的进一步研究提供了参考。     

柑橘TIFY基因的结构特征及响应低温的表达分析

TIFY基因家族是一类包含TIFY结构域的植物特有转录因子,与植物的生长发育密切相关,且在非生物逆境响应中起着重要作用。本研究基于柑橘基因组测序结果,分析了3个TIFY基因家族成员的基因结构特征,并利用qPCR分析了低温胁迫下这些基因的表达水平。结果表明：(1)3个TIFY基因含有TIFY结构域和Jas motif,属于JAZ蛋白亚家族基因;(2)3个TIFY基因的启动子含有LTR、DRE core、STRE、TC-rich repeats等逆境相关顺式作用元件以及MeJA响应元件、ABA响应元件等激素响应相关元件,推测3个TIFY基因可以响应多种非生物胁迫;(3)Cs1g17220和Cs4g07130在果实中高表达,推测其可能与果实发育相关;(4)3个TIFY基因受低温诱导在早期上调表达,且受低温胁迫的程度越大,其受诱导上调表达的倍数越高。本研究将为进一步解析TIFY基因家族在柑橘中的作用和功能提供重要线索。