百脉根PIN基因家族的鉴定与分析

生长素输出载体蛋白PIN-formed(PIN)是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件,与植物生长发育密切相关。利用生物信息学方法对百脉根(Lotus corniculatus)PIN基因家族成员(LjPIN)进行筛选、鉴定,并对其结构特征、系统进化、编码蛋白质性质、顺式作用元件组成和表达特性等进行研究,为其功能鉴定及利用奠定基础。结果表明,百脉根基因组中含有27个LjPIN成员,主要分布在1—5号染色体上;27个LjPIN基因含8个可变剪切位点,编码35个蛋白质;除了LjPIN4、LjPIN13、LjPIN23基因外,其他LjPIN基因均含有内含子,内含子数和外显子数均为1～10个;LjPIN与拟南芥AtPIN、大豆GmPIN在进化关系上较接近,与水稻OsPIN较远;LjPIN蛋白大多为碱性的两性稳定蛋白质,一般含有5种保守基序,基序数量2～9个;LjPIN基因除了含有顺式作用基本元件CAAT-box和TATA-box外,还含有光响应、激素响应及生长发育相关的调控元件;11个LjPIN基因在根、茎、叶、花和不同形成时期种子中呈时空差异表达。     

铁皮石斛热激转录因子(Hsf)基因家族鉴定及生物信息学分析

[目的]鉴定铁皮石斛热激转录因子(Hsf)基因家族成员,并进行生物信息学分析,为深入研究该家族在铁皮石斛热应激响应中的调控机制提供理论参考.[方法]以拟南芥和水稻Hsf蛋白氨基酸序列为参考序列,在铁皮石斛蛋白数据中搜索其同源蛋白序列,利用SMART和Pfam数据库鉴定出其Hsf基因家族成员.利用生物信息学方法对铁皮石斛Hsf基因家族组成、基因结构、启动子区顺式作用元件及其编码蛋白结构域和进化关系等进行分析.[结果]共鉴定获得23个铁皮石斛Hsf基因家族成员,编码氨基酸数量为132~514个,平均343个,多数属于酸性蛋白和亲水性蛋白,可分为HsfA、HsfB和HsfC组,其中HsfA组成员13个、HsfB组成员9个、HsfC组成员1个.除DoHsfA3仅包含motif 1和motif 2外,其他HsfA组蛋白均含有motif 1~motif 5,HsfB和HsfC组蛋白均缺少motif 5.铁皮石斛Hsf蛋白缺少A9、B3、B5和C1亚类成员,与同属于单子叶兰科植物的小兰屿蝴蝶兰Hsf蛋白亲缘关系最近.HsfA组成员包含完整的HSF功能域和卷曲螺旋(CC)功能域,HsfB和HsfC组成员缺少或含不完整的CC功能域.DoHsfA1A蛋白具有保守的丝氨酸—苯丙氨酸—缬氨酸—精氨酸—谷氨酰胺序列.铁皮石斛Hsf基因启动子区含有大量激素响应、胁迫响应和生长相关元件.[结论]铁皮石斛Hsf基因家族成员进化较保守,其生物学功能存在明显物种特异性,进化关系较复杂,推测其在不同的非生物胁迫和植物激素信号途径中发挥潜在"节点"作用.     

甘蓝型油菜全基因组DELLA蛋白基因家族的鉴定和表达分析

DELLA蛋白是参与赤霉素调控途径的关键因子,对调节植物的生长发育具有重要的作用。为了揭示甘蓝型油菜中DELLA蛋白家族的分布和特征,利用生物信息分析了家族成员、序列特征、进化关系和组织表达。结果表明,甘蓝型油菜中有13个DELLA蛋白基因,被定位到8条染色体和2条随机序列（chrC09_random和chrCnn_random）上;系统进化树分析发现,该家族被聚为4个亚家族,第一亚家族含有7个基因,第二、三和四亚家族各包括2个基因; DELLA基因呈组织特异性表达,其中BnaA10g17240D、BnaC09g40420D、BnaCnng68300D和BnaC05g47760D在各组织中表达都相对较高,在茎中BnaA06g34810D、BnaA09g18700D和BnaC09g52270D表达最高。本研究为后续基因的功能研究提供参考。     

西洋参bHLH转录因子家族生物信息学分析

bHLH是真核生物中一类编码转录调控因子的基因家族,在植物生长发育中具有重要的调控作用。通过对西洋参根、叶、花蕾样品进行转录组测序,筛选其中的bHLH家族基因,利用生物信息学方法对筛选到的基因进行表达模式、蛋白结构、细胞定位及系统进化分析。结果显示:从西洋参转录组中共鉴定得到62个西洋参bHLH家族基因,这些bHLH在根、叶、花蕾中具有4种表达模式。西洋参bHLH亚细胞定位预测主要在细胞核内,所有表达产物均包含HLH结构域。进化分析显示,西洋参中62个bHLH基因可分为18个亚类,其中第Ⅺ亚族中包含最多的bHLH成员,共包含11个bHLH蛋白;第Ⅲf、Ⅳa、Ⅲ(a+c)、Ⅰb(2)、Orphans、Ⅳb亚族中的成员数量均为1个,其他亚族为2～9个。     

‘无子瓯柑’CHS基因家族的克隆和表达分析

为研究查尔酮合成酶基因（CHS）家族在‘无子瓯柑’Citrus suavissima‘Seedless’雄性不育发生过程中的作用,以克里曼丁橘Citrus clementina基因组数据库为参照,在‘无子瓯柑’和瓯柑Citrus suavissima的转录组和蛋白质组测序结果中筛选出4个CHS同源差异表达基因,并对其克隆和表达量分析,对克里曼丁橘CHS基因家族成员进行生物信息学分析。结果表明:‘无子瓯柑’和瓯柑CHS基因编码区核苷酸序列相似度达98%以上。小孢子母细胞发育各时期CHS基因表达量在瓯柑和‘无子瓯柑’间差异显著。与瓯柑相比,‘无子瓯柑’小孢子母细胞时期Ciclev10005133m,Ciclev10030093m和Ciclev10015535m的表达量显著下调;减数分裂时期Ciclev10005133m,Ciclev10001405m和Ciclev10015535m的表达量显著下调;四分体时期Ciclev10001405m和Ciclev10030093m的表达量显著减少。在花粉粒成熟时期的花蕾中,Ciclev10001405m与Ciclev10005133m在花药中特异性表达。CHS同源基因在花药不同时期中的差异表达可能是‘无子瓯柑’花药发育异常的重要原因,并最终导致‘无子瓯柑’雄性不育。     

小麦TaPOD家族的全基因组鉴定及表达分析

过氧化物酶(Peroxidase, POD)家族成员在调节植物生长发育和响应逆境胁迫中起重要作用。为系统探究小麦(TriticumaestivumL.)TaPOD基因家族的功能及其表达模式,本研究利用生物信息学的方法鉴定了小麦TaPOD基因家族成员,对其理化性质、启动子顺式作用元件、进化特征做了预测分析,并通过小麦转录组和实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative, RT-qPCR)分析了其在不同组织、外源激素及逆境胁迫下的表达模式。结果表明,目前基因组测序小麦中包含659个TaPOD基因家族成员,蛋白质序列长度在206～518个氨基酸之间;系统发育分析表明,小麦TaPOD家族成员分为I～VII组且每组成员数量不等;序列比对显示小麦TaPOD家族成员具有5个保守基序,且基因结构等方面存在很大差异,预示着功能存在多样性;染色体定位发现其数量在小麦的21条染色体上分布不均匀,其中2B染色体上数量最多;通过种内共线性分析发现,小麦TaPOD基因共有396个重复事件,同源性较高且进化过程非常保守,主要通过片段复制和串联复制进行扩增,且Ka/Ks比率显示仅有4对家族成员受到...     

绿豆WRKY基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】对绿豆WRKY转录因子在全基因组上进行鉴定及生物信息学分析,为绿豆WRKY基因功能的研究以及高抗绿豆品种培育奠定理论基础。【方法】利用Hmmer软件同源搜索,并通过在线工具SMART、NCBI-CDD和Pfam数据库进行结构域再确认获得79个绿豆WRKY基因,然后通过在线软件ProtParam、ProtScale、SWISS-MODEL分析绿豆WRKY家族蛋白的理化性质、亲疏水性并构建3D立体模型,使用MEGA X、McScanX软件构建进化树和绘制共线性图,利用MEME、PlantCARE在线工具分析WRKY转录因子的保守基序并预测基因上游的顺式作用元件。【结果】鉴定得到的79个VrWRKY蛋白的氨基酸数量为64~746,分子量为7.42~80.93 ku,等电点为4.49~10.41,大多数成员为亲水性不稳定蛋白。系统进化树分析表明,绿豆WRKY基因家族的79个成员可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ 3组,其成员数量分别为16,51和12,Ⅱ组进一步划分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e 5个亚组,其成员数量依次为2,17,17,7和8,其中Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-d和Ⅱ-e亲缘关系更近,而Ⅱ-c在进化树上的分布整体更靠近Ⅲ组。基因结构及保守基序分析显示,该家族基因均为间隔基因,且都含有保守基序WRKYGQK。基因染色体定位分析表明,所有成员在11条染色体上均有分布。顺式作用元件分析表明,绿豆WRKY基因启动子区存在丰富的激素及胁迫响应相关的元件。基因组间共线性分析结果表明,绿豆WRKY基因与拟南芥WRKY基因之间存在同源关系。基因复制结果表明,绿豆基因组有1对串联重复基因,15对大片段复制基因,片段复制在绿豆WRKY基因家族扩张中起主要作用。绿豆WRKY蛋白3D结构模拟表明,所有成员具有相似的两种蛋白结构,其中一种立体结构中心含有1个Zn²⁺。【结论】鉴定得到79个含典型WRKY保守结构域的绿豆WRKY蛋白,其生物信息学分析丰富了绿豆WRKY转录因子的分子生物学理论。     

辣椒抗坏血酸生物合成酶GME基因家族的鉴定和表达分析

GDP-甘露糖-3′,5′-异构酶基因(GME)是抗坏血酸途径中的关键限速酶,该基因可以调节AsA合成。为了解辣椒中GME基因家族功能及在非生物胁迫下的表达情况,通过生物信息学方法对辣椒GME基因家族进行鉴定,并对基因结构、结构域、系统进化关系、基因表达模式和非生物胁迫表达情况进行分析。结果表明,在辣椒中有2个GME家族成员,CaGME1和CaGME2,分别分布在3号和8号染色体上,都有6个外显子;CaGME1和CaGME2蛋白均具有NADB Rossmann家族中高度保守的NADPH结合位点、底物特异性结合位点,均不具有信号肽,为亲水性蛋白,定位在细胞质粒的可能性最高,均不具有跨膜结构,二级结构主要以不规则卷曲和α-螺旋为主;系统进化树分析表明,该基因编码的氨基酸序列与番茄和马铃薯的亲缘关系最近;qRT-PCR分析结果表明,在低温、茉莉酸甲酯和盐胁迫下CaGME1和CaGME2均被诱导上调,在赤霉素下均被诱导下调。综上可知,CaGME1和CaGME2基因在胁迫下不同的表达情况表明其在非生物胁迫中发挥作用,可为辣椒逆境胁迫机制研究提供参考。     

水稻3-磷脂酰肌醇激酶FAB1/PIKfyve基因家族的鉴定及功能分析

FAB1/PIKfyve是催化3-磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns3P)形成3,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns(3,5)P2)过程的关键酶,其产物PtdIns(3,5)P2在真核细胞发育中发挥重要功能.为探寻PtdIns(3,5)P2在水稻生殖发育过程中的功能,本研究结合生物信息学和遗传学方法,对水稻FAB1/PIKfyve基因进行鉴定,分析其理化性质、基因结构、保守结构域、系统进化、顺式作用元件和组织表达模式并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得osfab1b突变体.生物信息学分析结果显示,水稻基因组中共鉴定到9个FAB1基因家族成员;基因结构分析显示FAB1家族基因结构存在差异,外显子数量为8～12个;保守结构域分析表明仅OsFAB1A和OsFAB1B含有N端FYVE结构域,其余成员具有Cpn60_TCP1结构域和PIPKc激酶结构域;系统进化分析提示FAB1家族功能在单双子叶植物中具有高度保守性;FAB1基因上游调控区域顺式元件预测发现多种生长发育相关、光响应以及激素和胁迫响应顺式元件;组织表达模式分析显示大多数FAB1基因为泛表达,其中FAB1C亚类基因在内外稃中的高表达提示其可能参与花器官发育.最后通过CRISPR/Cas9系统得到osfab1b突变体,经碘染观察花粉活力无明显异常,暗示FAB1家族在水稻生殖发育调控中存在功能冗余.本研究结果为单子叶模式植物水稻中磷脂酰肌醇调控网络及其生物学功能的研究提供了理论参考.