水稻半纤维素支链合酶基因GT61家族的结构特征和组织表达分析

从生物信息学和基因表达的角度,鉴定OsGT61家族成员的结构特征和组织表达特性。结果表明,OsGT61家族含有25个成员,分为3个亚类。A、B和C亚类分别含有19、3和3个成员,其基因的外显子数介于1~7个。其蛋白质大小为49.1~73.8ku,pI为5.4~10.4。该家族蛋白质的C端motif较为保守。而且,它们含有Ser/Thr激酶的磷酸化位点分别为9~29个和3~13个,Tyr激酶的磷酸化位点小于7个。但是,该家族成员的糖基化位点相对较少,16个成员存在1~4个O-糖基化位点,3个蛋白存在1~2个N-糖基化位点。基因表达芯片聚类分析和半定量RT-PCR检测表明,OsGT61基因家族主要成员在不同组织中表达水平存在明显差异。这些结果暗示OsGT61家族基因在水稻不同组织中细胞壁半纤维素生物合成中发挥不同作用。     

利用WGCNA鉴定非生物胁迫相关基因共表达网络

加权共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis, WGCNA)是用来描述不同样品之间基因关联模式的系统生物学方法,可以用来鉴定高度协同变化的基因集。本研究利用正常水稻组织共47份转录组数据,通过冷胁迫、干旱胁迫、盐胁迫不同的处理方式,使用WGCNA方法,根据已克隆基因的报道与以上3种胁迫相关的关键基因,探究不同逆境下基因之间的调控关系。通过对低表达量基因的过滤,最终利用筛选的30,339个表达的基因来构建共表达矩阵,得到15个模块。分析发现已知的水稻3种相关基因在各个模块均有存在,于是对预测到的靶基因进行GO富集分析。对3种胁迫下处理的转录组数据进行差异表达基因分析,结合已报道与胁迫相关的基因,选取各胁迫相关的2个模块进行了基因调控网络的构建。鉴于3种胁迫相关基因在green模块中大量分布,通过对green模块下各自特有的基因和共有的基因的GO功能富集分析,并对共有的基因构建调控网络,挖掘到2599个与3种胁迫都相关的基因,并预测出25个抗逆相关的关键基因,为水稻的抗逆及综合抗逆能力等研究提供了新思路。     

小米油脂成分含量与小米粥感官品质的相关性

为探究谷子油脂成分含量对小米粥感官品质的影响,以米色有显著差异的11个谷子品种为试验材料,测定油脂成分含量,并熬制成小米粥进行感官指标评价鉴定。对其中3个品种籽粒灌浆S2和S4时期油脂成分合成的上游基因转录组表达量数据及小米粥感官品质、米色和油脂成分含量进行相关性分析。结果表明:1)有5个基因通过控制油脂成分的合成可能进一步影响小米粥的感官品质。2)小米粥感官品质与肉豆蔻酸、顺-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚含量呈显著正相关。通过增加小米籽粒中肉豆蔻酸、顺-11-十六碳烯酸和2,4-二叔丁基苯酚的含量可改善小米粥的感官品质。小米粥感官品质与硬脂酸、α-亚麻酸、花生酸、二十三烷酸含量呈负相关,R2分别为-0.31、-0.23和-0.29。     

pep_pattern.pl,搜索蛋白质序列模体的Perl脚本

用Perl语言编写了一个pep_pattern.pl脚本,可从一组相关序列中搜索非常相似的序列片段,通过匹配所有可能的氨基酸片段的排列,统计每个匹配模体在序列中的出现频率和位置,搜索蛋白质序列中的2~4个多肽的模体。     

谷子酸性磷酸酶ACP家族基因鉴定与SiACP1耐低磷单倍型分析

细胞内酸性磷酸酶(ACP)是一种将液泡内的磷酸酯水解为无机磷的酶,普遍存在于植物组织中,在调控植物磷营养方面起着重要作用。谷子具有耐贫瘠特性,蕴藏着重要的耐低磷优异位点。挖掘谷子SiACP基因的关键变异位点和单倍型,促进分子标记辅助培育新品种,是解决土壤有效磷缺乏的主要遗传育种途径之一。通过同源序列比对的方式共获得了13个谷子以及其他3种禾本科作物的ACP家族基因,并对其进行生物信息学分析,结果发现,ACP家族基因在禾本科作物的数量和分布具有一定的规律性,均具有高度保守的磷酸酶结构域和基序。通过家族进化树分析发现,单子叶植物ACP基因与双子叶植物ACP基因在进化过程中出现明显的分支。转录组数据的表达模式结果显示,C4植物谷子的SiACP1基因表达模式具有明显的组织表达特异性,而SiACP2和SiACP3基因在整个生长发育阶段的不同组织表达量均较高。通过候选基因关联分析和单倍型分析发现,位于SiACP1启动子的SNP与耐低磷相关性状显著关联,并初步鉴定到一个与谷子耐低磷性状相关的有利单倍型ACPHap2。研究结果将为作物耐低磷优良种质育种提供一定的基因遗传信息参考。     

谷子NBS-LRR类基因家族全基因组鉴定及表达分析

对谷子NBS-LRR类家族成员进行鉴定,并对其染色体分布、基因结构、保守基序、系统进化及表达水平进行分析,为NBS-LRR类家族基因在谷子抗病分子育种中的应用奠定基础。结果表明,共获得NBS-LRR类家族基因411个,其中含CN(CC-NBS)结构的基因376个,含CNL(CC-NBS-LRR)结构的基因33个,含TIR(Toll interleukin-1 receptor)结构的基因1个,仅含NBS结构的基因1个。多数NBS-LRR类家族基因定位在8号染色体。在谷子中NBS结构域存在4段保守序列,且该家族在系统进化中被分为3类,基因结构多样,保守基序Motif1结构最保守。有23个谷子NBS-LRR类基因与狗尾草存在共线性,21个与水稻存在共线性,仅1个与拟南芥存在共线性,其中Seita.8G088500和Seita.8G088400被鉴定为水稻抗稻瘟病的高度同源基因。谷子与水稻、拟南芥的共线性基因的Ka/Ks值均小于1;与狗尾草的共线性基因中,Seita.6G014500、Seita.6G023500的Ka/Ks值均大于1。表达谱分析表明,在谷子根和穗中高表达的NBS-LRR类基因数目较多,叶次之,幼芽中最少,表明该家族基因可能在根及穗抗病过程中发挥重要作用。     

棉花GhPME1和GhPME2基因的克隆及表达分析

本研究旨在对棉花来源的果胶甲酯酶基因进行克隆和功能分析。通过RACE技术克隆了2个棉花果胶甲酯酶基因的cDNA,命名为GhPME1和GhPME2。序列分析发现:GhPME1和GhPME2的最大开放阅读框分别为1 704和1 752bp,分别编码含有567和582个氨基酸的蛋白质。蛋白质结构预测显示这2个蛋白结构相似,包含PMEI和Pectinesterase结构域。RT-PCR和实时荧光定量PCR结果显示在陆地棉的纤维发育过程中,GhPME1和GhPME2的表达峰值分别在9和4DPA(开花后天数),然后依次降低。而在海岛棉纤维中,这2个基因的表达均呈现逐渐上升的趋势,表达峰值分别出现在开花后24和29DPA。GhPME1和GhPME2在海岛棉和陆地棉棉纤维中的表达差异初步证明该基因家族的功能可能与棉纤维品质相关。     

棉花GH9家族的全基因组鉴定与分析

糖苷水解酶GH9基因家族在纤维素的生物合成、修饰以及器官脱落和果实成熟过程中发挥着重要的作用。利用生物信息学的方法对棉花GH9基因家族进行了分析,结果发现,棉花与同属于双子叶的拟南芥GH9基因家族亲缘关系最近;棉花、水稻、拟南芥及杨树等物种的GH9跨膜结构域均具有一段保守的跨膜基序;GH9C具有保守的CBM_49纤维素结合结构域。通过对棉花GH9基因共表达分析发现,A亚类基因在叶片以及开花20 d后的纤维中表达量较高,B亚类基因在各个组织中均有表达,C亚类基因在叶片、茎、开花10 d后的纤维以及柱头中表达量较高。研究可为深入解析棉花GH9家族成员的功能及作用机制奠定基础。     

谷子、水稻与其野生种基因组转座子比较

为探究转座子(Transposable elements, TEs)在谷子、水稻驯化过程中的变异，选取谷子(Setaria italica)、狗尾草(Setaria viridis)、栽培稻(Oryza sativa japonica,Oryza sativa indica)、野生稻(Oryza rufipogon,Oryza nivara)的基因组进行转座子注释，统计分析各类转座子在基因组中的插入数及位置，对调控落粒、分蘖、抽穗期和株高等驯化相关基因进行相似性比对。结果表明：在‘晋谷21’突变体(xiaomi)基因组中插入的转座子数目比狗尾草中多4 865个，‘豫谷1号’基因组中插入的转座子数目比狗尾草中少6 286个，而水稻栽培种基因组中转座子数目及所占比例仅为野生种的1/2。在落粒、米色等驯化相关基因中转座子插入在数目及位置上都存在差异，在谷子落粒基因中，谷子基因存在转座子插入，而狗尾草基因中不存在；在谷子米色相关基因中，狗尾草基因中存在转座子插入，谷子基因中不存在。转座子介导驯化相关基因功能变异，历经较长时间的农业生产将适合栽培的农艺性状稳定了下来。