甘草NRAMP基因家族的鉴定和生物信息学分析

为研究甘草自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从甘草全基因组数据库中筛选并鉴定甘草NRAMP家族基因序列,并对该家族成员做进化分析、基因结构分析、保守结构域和保守基序分析、二级结构和三维结构分析。结果显示,从甘草基因组中共鉴定出11个NRAMP基因家族成员,通过进化分析发现,亲缘关系近的NRAMP家族成员基因结构和保守基序都更为相似,甘草和大豆的NRAMP家族成员间亲缘关系更接近。甘草大部分NRAMP家族成员的氨基酸数量差异不大,介于300～549个,且亚细胞定位在细胞膜上,而2个分子质量较大的成员GurNRAMP7和GurNRAMP8亚细胞定位在叶绿体上,各个成员的跨膜结构数量不尽相同。各个基因在染色体上的分布较为分散,只有NRAMP9、NRAMP10、NRAMP11定位在同一条染色体上。α-螺旋是甘草NRAMP家族成员中最主要的二级结构,但各个成员含有的α-螺旋数量不完全一样。     

小桐子CDPK及相关激酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

基于小桐子基因组数据库,在全基因组水平对小桐子CDPK及相关激酶基因家族进行鉴定,并对其系统进化、基因结构、保守结构域、染色体定位以及器官与低温胁迫表达进行分析,为深入开展小桐子CDPK及相关激酶基因的功能鉴定及其在小桐子遗传改良中的应用提供依据。利用CDPK结构域的隐马尔可夫模型对小桐子蛋白质数据库进行相似性检索,经过Pfam与CDD在线工具的验证获得小桐子CDPK及相关激酶基因家族成员。利用不同的工具对CDPK及相关激酶基因进行生物信息学对比分析。通过小桐子器官与低温表达谱数据进行CDPK及相关激酶基因的表达分析。小桐子基因组中共检索到17个CDPK基因、5个CRK基因、2个PPCK基因、4个PEPRK基因以及1个CCaMK基因,各基因家族成员的基因长度、蛋白质等电点及亚细胞定位等理化参数具有家族特异性。序列比对与系统进化分析显示,5个基因家族都单独聚类,而CDPK与PEPRK基因家族又分别聚类为4个与2个亚族,且鉴定到小桐子CDPK家族成员的N-端可变区、激酶结构区、自抑区及EF-hand调控区4个保守结构域以及其他激酶成员的激酶结构域。同时,分别有21个与24个CDPK及相关激酶可能发生N-豆蔻酰化与N-十六烷酰化的修饰。染色体定位表明,小桐子CDPK及相关激酶基因不均匀地分布于10条染色体上,且存在JcCDPK7/JcCDPK9串联复制现象。转录组表达分析表明,29个CDPK及相关激酶基因中,有24个基因在叶片、根及种子中都有表达,而JcCDPK3、JcCDPK11、JcCRK3及JcCCaMK属于低温诱导高表达基因,与小桐子的抗冷性直接相关。     

柑橘U-box基因家族的鉴定及表达分析

目的通过生物信息学分析U-box在柑橘基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性以及对非生物胁迫和激素的响应,解析柑橘U-box基因家族的生物学功能。方法 根据已经报道的拟南芥U-box基因,利用Phytozome数据库中的BLASTp工具鉴定柑橘基因组中的U-box基因。采用MEGA6.0、Cello、SMART、GSDS2.0、ExPASy和MapChart等软件构建系统进化树、亚细胞定位预测、预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质、绘制家族成员Scaffold定位图等,分析U-box基因家族在低温胁迫下表达模式,利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）检测柑橘U-box基因家族部分成员在NaCl、PEG6000和不同激素处理下的表达情况。结果 从柑橘克里曼丁（Citrus clementina）全基因组中鉴定出56个CcPUBs基因家族成员,可将其分为7类,即U-box only、U-box+ARM-1、U-box+WD40-1、TPR+U-box、Kinase+U-box、U-box+ARM-2和U-box+WD40-2。该家族蛋白理论等电点分布在5.19—9.14,编码的氨基酸数目介于281—1 441;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员位于细胞不同位置,主要位于细胞核或叶绿体,少数位于质膜;聚类分析发现,柑橘U-box与单子叶植物水稻的亲缘关系较远,柑橘中具有相同结构域的成员和拟南芥具有相同结构域的成员聚在一起,表明柑橘U-box成员具有不同生物学功能;Scaffold定位分析发现,56个U-box成员分布在1—9 Scafflod上且呈不均分布。在冷胁迫下的RNA-Seq分析结果表明,U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答,并表现出4种不同的应答模式;从柑橘U-box基因家族的5个不同簇上分别选取1个代表基因进行qRT-PCR,分析结果表明,CcPUB48在金柑的各个组织中均有表达,CcPUB9和CcPUB4主要在茎和花中表达,CcPUB10主要在花、茎和幼果中表达,CcPUB41主要在叶和茎中表达,体现了不同U-box成员的组织特异性的表达差异。CcPUB4、CcPUB10和CcPUB41在NaCl胁迫下表达均上调,而CcPUB48在盐胁迫下的表达无明显变化。CcPUB4在Na₂CO₃处理下表达明显上调,与NaCl处理存在一致的表达趋势,而CaCl₂处理下的表达与NaCl处理下的表达趋势却存在差异。在PEG6000的处理条件下,CcPUB4的表达量呈现先上升后下降的趋势,CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48在PEG6000的处理下无明显变化。在赤霉素（GA₃）处理下,CcPUB4在3 h时明显上调,在生长素（IAA）和脱落酸（ABA）下呈现无规律变化,CcPUB10在ABA处理下表达量表现出逐渐上升。结论 从柑橘克里曼丁全基因组上鉴定出56个U-box基因成员,各成员均含有U-box保守结构域,并位于细胞的不同位置。U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答并表现出4种不同的应答模式,在NaCl、PEG6000和激素处理下,CcPUB4和CcPUB10有不同程度的响应,而CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48响应不明显或未响应。     

陆地棉扩展蛋白基因的鉴定与特征分析

目的 扩展蛋白（Expansin）是细胞壁的重要组成部分,在植物的生长发育及逆境胁迫应答等方面均发挥着重要作用。基于全基因组水平系统鉴定陆地棉Expansin基因家族,并通过生物信息学及表达模式分析,为揭示扩展蛋白基因在棉花生长发育中的功能及后续利用奠定基础。方法 利用BLAST和HMMER在陆地棉基因组中搜索并鉴定扩展蛋白基因家族成员;利用ClustalW、MEGA、MCScanX、Prot Param、MEME、SignalP、Euk-mPLoc、FancyGene和DnaSP等软件对其基因序列和蛋白序列进行生物信息学分析。通过RNA-seq数据分析扩展蛋白基因的表达模式和部分同源基因间表达差异,利用qRT-PCR验证部分扩展蛋白基因的表达谱。结果 陆地棉基因组中含有46个EXPA基因、8个EXPB基因、6个EXLA基因和12个EXLB基因,合计72个Expansin基因;四倍体陆地棉中扩展蛋白成员的数量几乎是二倍体棉种（亚洲棉与雷蒙德氏棉）的2倍。除GhA02和GhD06 2个染色体外,其余各染色体上均分布有数目不等的扩展蛋白基因（2—4个）,具有部分同源关系的染色体GhA08和GhD08分别有5个和8个扩展蛋白基因。系统发育树显示,各亚家族成员聚集成群,并且大部分的末端分支均由来源于3个物种的4个（亚）基因组的4个基因组成,如EXPA亚家族的Cotton_A_28454/Gh_A03G0885/Gh_D02G1269/Gorai. 005G142200等等,4个基因之间具有同线性关系。亚细胞定位发现陆地棉所有的扩展蛋白均位于细胞外。基因结构分析显示,扩展蛋白基因由3—5个外显子组成,外显子-内含子结构在进化上高度保守且与氨基酸序列的多样性一致,且在外显子上存在密码子偏好性。RNA-seq数据显示,不同基因在不同时空条件下存在特异性表达,如GhEXPA19A和GhEXPA19D相比其他基因在纤维10 DPA和20 DPA中的表达量很高;在不同的组织（如子叶、新叶、老叶、苞叶）中,GhEXPA24D具有较高的表达量。部分同源基因之间具有不同的表达模式,显示它们之间功能的异化与互补。qRT-PCR结果与RNA-seq数据基本吻合,如GhEXLA3A和GhEXLA3D在纤维发育的伸长阶段高量表达。GhEXPA19D和GhEXLA2D在3DPA的胚珠中表达活跃。结论 陆地棉基因组中含72个扩展蛋白基因,其在DNA水平和氨基酸水平具有一致的结构多样性和进化保守性,在转录水平具有各异的表达模式,显示出家族内成员间功能上的异化与互补。     

木薯NOX基因家族成员的生物信息学及其表达分析

[目的]搜索鉴定木薯还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOX)基因家族成员,分析其生物学信息及在不同组织和非生物胁迫下的表达模式,为深入研究该家族基因对木薯块根发育的调控机理及提高木薯抗逆性提供理论参考.[方法]从JGI数据库下载木薯的基因组序列,由pfam数据库下载4个NOX蛋白结构域相关的HMM文件,通过HMMER程序筛选NOX基因家族成员,利用生物信息学分析软件对该家族蛋白的理化性质、氨基酸序列和结构特征进行分析.基于GEO数据库的转录组测序(RNA-Seq)数据,对木薯NOX基因家族成员在不同组织和干旱胁迫下的表达模式进行分析.[结果]从木薯基因组中共鉴定到15个NOX基因家族成员,包括9个NOX基因和6个FRO基因(NOX祖先基因).FRO基因的外显子数(6~9个)明显少于NOX基因的外显子数(11~14个),且FRO基因的内含子序列较NOX基因短,NOX基因的第一个外显子相对保守.15个NOX基因家族成员分布在木薯的9条染色体和1个结构支架上,且均被定位在染色体末端,除6号染色体有4个基因、8号和14号染色体有2个基因外,其他染色体均只有1个基因.木薯NOX蛋白的分子量和氨基酸数明显高于FRO蛋白,而理论等电点(pI)差异不明显.FRO蛋白含6~9个保守跨膜结构域,而NOX蛋白均只含4个跨膜螺旋区,且均位于第350~750位氨基酸残基.木薯NOX家族蛋白有10个保守结构域,其中Motif1和Motif8存在于所有的NOX和FRO蛋白中,Motif6为NOX蛋白所特有,Motif3只独立存在于FRO蛋白中.NOX蛋白均具有典型的保守结构域和相似的蛋白质结构,其脱氢酶结构域明显折叠成催化域裂缝结构,且C末端氨基酸极度保守.由RNA-Seq数据的基因表达谱可知,NOX基因家族成员在不同木薯叶片、中静脉、叶柄、茎、侧芽、茎尖分生组织、根尖分生组织、易碎胚性愈伤组织、胚性愈伤组织(OES)和贮藏根中均有表达,但呈不同的表达模式,其中,Manes.14G042600和Manes.S089900在储藏根中高表达,Manes.06G128700和Manes.09G172500在须根和根尖分生组织中高表达.在木薯品种KU50和新选048的叶片中,Manes.14G042600基因在干旱胁迫下呈上调表达,推测NOX基因在特定组织及响应非生物胁迫过程中扮演重要角色.[结论]木薯NOX基因家族成员具有保守基因结构,其编码蛋白具有保守的功能域,尤其是C端氨基酸序列;NOX基因表达具有组织特异性,部分成员的表达受非生物胁迫的影响.FRO蛋白和NOX蛋白具有较明显的共进化关系.     

杜兰落花生球蛋白基因家族的生物信息学分析

为了解球蛋白基因家族在杜兰落花生(Arachis duranensis)种子中的特征,利用生物信息学方法对杜兰落花生球蛋白基因进行全基因组鉴定及表达模式分析。结果表明,杜兰落花生含有9个球蛋白基因,家族成员间理化特性总体差异不大,亲缘关系相近的蛋白具有相似的保守基序组成。根据物种间的球蛋白系统进化树,球蛋白进化关系符合物种之间的亲缘关系。杜兰落花生球蛋白在进化过程中较为保守,受纯化选择主导,但在部分进化枝上存在正选择位点。栽培种花生转录组数据分析表明,15个花生球蛋白基因在花生种子中检测到表达,其中4个表达量远超其它成员,在花生荚果成熟后期表达量仍较高。     

套袋对巨峰葡萄果实色素形成及PPO和PAL活性的影响

以巨峰葡萄为试材,研究了套袋对葡萄果皮色素形成及PPO、PAL活性的影响.结果表明:套袋处理总体上降低了葡萄果皮叶绿素、类胡萝卜素、花青苷、类黄酮、总酚的含量及PPO、PAL活性;类黄酮、总酚、PPO含量的变化与花青苷含量的变化具有显著或极显著的相关性,套袋处理可以降低部分指标间的相关系数;葡萄果皮花青苷含量与果皮PA...     

温室白粉虱对无毛黄瓜叶片PAL、PPO、POD活性的影响

以抗白粉虱能力不同的两类型黄瓜自交系为试材,研究了白粉虱侵害黄瓜后不同类型叶片中POD、PAL、PPO活性变化。结果表明：无毛黄瓜较有毛黄瓜抗白粉虱,抗性材料无毛黄瓜遭受白粉虱危害后,第二、三叶POD活性增长量分别高于有毛黄瓜53．24％（P〈0．01）和86．74％（P〈0．01）;第二、三叶的PAL酶活性增长量高于有毛黄瓜,且第三叶酶活性增长量高于有毛黄瓜322．27％（P〈0．01）;接种后两类型黄瓜各个叶片PPO活性差异不显著,无毛黄瓜第一叶和第二叶PPO活性增长量分别高于有毛黄瓜42．63％和51．59％,但差异不显著。     

葡萄GRAS基因家族生物信息学分析

为研究葡萄中GRAS基因家族的特征,本文首先利用生物信息学方法对葡萄91条GRAS蛋白序列的系统发生和GRAS基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的GRAS基因家族之间的联系。结果显示这91条蛋白序列与拟南芥35个GRAS基因蛋白序列一起分成了8个亚族,说明拟南芥与葡萄GRAS基因间具有较高的保守性。基因组定位结果发现91条GRAS基因分布在17条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而二级结构预测结果发现,91条氨基酸序列以α-螺旋和随机卷曲为主要组成部分,且91条氨基酸序列三维结构相似。