拟南芥和大白菜YABBY蛋白家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是一类含有C2C2锌指结构域和YABBY结构域的转录因子,在植物叶器官发育过程中起到重要的调控作用。本研究利用生物信息学的方法对拟南芥和大白菜YABBY基因家族的结构、系统进化、序列保守性以及顺式反应元件进行了分析。主要结果如下:YABBY基因在拟南芥和大白菜染色体上呈不均匀分布;基因的结构以含有6个内含子为主要形式;所有拟南芥和大白菜YABBY基因都具有保守的C2C2锌指结构域和YABBY结构域;YABBY蛋白家族在进化上可分为4个不同的亚组;YABBY基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。本文为进一步研究YABBY基因在大白菜叶球发育中的调控作用和逆境响应中的功能奠定了基础。     

大白菜LEAFY新基因BrLFY1的生物信息学解析

利用比较基因组学的方法从大白菜基因组序列中鉴定出一个新的LEAFY基因BrLFY1,并对它的序列特征、遗传进化和顺式元件进行了分析。结果表明,BrLFY1含有两个内含子,预测编码区为1260bp．编码一个分子量为46．38ku的蛋白。在进化上,BrLFY1与萝卜的RsLFY1关系最近,二者预测编码蛋白的序列一致性高达94．79％。另外,在BrLFY1的上游序列中存在多个激素和逆境应答元件。这说明大白菜LEAF-y基因BrLFYI的表达可能不仅受多种激素的调节,还受多种逆境因子的影响。本研究为进一步研究BrLFY1在大白菜开花和逆境响应中的功能奠定了基础。     

大白菜DA1基因的生物信息学解析

运用比较基因组学的方法,首次从大白菜基因组中鉴定出一个与拟南芥中控制种子和器官大小的基因DA1同源的序列BrDA1,并对这个基因和编码蛋白的结构以及顺式反应元件进行了系统分析。结果表明,BrDA1具有LIM家族和锌指蛋白的结构特征,而且还有和泛素互作的位点,可能具有和AtDA1相似的功能。另外,本研究还发现,在大白菜和拟南芥DA1基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。这说明,植物DA1基因不仅与种子和器官发育有关,而且与激素信号转导和逆境响应存在密切关系。本文为进一步研究DA1基因在大白菜生长发育和逆境响应中的功能以及与大白菜杂种优势的关系奠定了基础。     

两个甜瓜OST1基因的鉴定及特征分析

OST1在植物ABA信号转导、非生物逆境应答和生长发育过程中具有重要功能,但有关甜瓜OST1的研究尚未见报道。本研究利用比较基因组学的方法从甜瓜基因组中鉴定出2个与拟南芥OST1直系同源的基因,并对它们的序列特征、遗传进化和顺式调控元件进行了系统分析。结果显示,这2个基因位于不同的染色体上,均含有9个外显子,编码蛋白的序列一致性为80.38%,且与黄瓜相对应的同源基因序列高度保守。二者的上游序列都含有多个应答不同激素和逆境的顺式调控元件,暗示其具有多样的生物学功能。本文为研究甜瓜OST1在逆境应答和生长发育中的功能奠定了基础。     

水稻DA1基因的生物信息学分析

本文采用比较基因组学和生物信息学的方法,首次从水稻基因组中鉴定出一个与拟南芥控制种子和器官大小的基因DA1同源的基因,命名为OsDA1,并对这个基因的序列特征、编码蛋白的结构域、顺式元件以及遗传进化进行了分析。结果表明,OsDA1编码的蛋白具有LIM结构域、泛素互作位点和锌指结构域,与拟南芥DA1蛋白的结构一致,推测二者在控制器官发育上具有类似的功能。本研究还发现,在水稻OsDA1基因的启动子区存在多个响应不同激素和逆境信号的顺式元件,但这些元件的类型与拟南芥DA1基因的顺式元件有所不同,OsDA1与AtDA1可能在表达调控上有所不同;OsDA1基因不仅能够控制种子等器官的大小和发育,而且还可能与植物的激素信号转导和逆境响应有关。本文为下一步研究OsDA1在水稻生长发育和逆境响应中的功能以及与水稻杂种优势的关系奠定了基础。     

蒺藜状苜蓿HK1的基因组解析

利用生物信息学的方法,从蒺藜状苜蓿的基因组中解析得到一个与拟南芥渗透胁迫感受器基因AtHK1同源的基因,命名为MtHK1,并对它的基因结构、蛋白基序、启动子区的顺式元件和基因的遗传进化进行了分析。结果显示,蒺藜状苜蓿基因MtHK1编码的蛋白具有组氨酸蛋白激酶的结构特征,而且在进化上与拟南芥的AtHK1分属同一个类群。从基因顺式反应元件分析来看,蒺藜状苜蓿基因MtHK1具有数个响应不同逆境和激素的顺式元件,预示这个基因在逆境响应和植物生长发育过程中具有一定功能。本文为下一步深入研究这个基因的生物学功能奠定了基础。     

毛竹IDD基因家族启动子分析

IDD基因家族编码一种混合型的转录因子,多数参与植物的生长发育.真核基因的表达受多种因素的调控,其中启动子在转录水平上的调节作用至关重要.本研究截取毛竹IDD家族8个基因(Ph IDD1-2,Ph IDD4-8和Ph ID1)起始密码子前2 000 bp序列,顺式作用元件分析显示,这些基因启动子中均存在TATA框和CAAT框,除此之外,上游调控区域还存在光响应元件、激素响应元件、逆境胁迫元件以及其他响应元件,其中有些元件是某个基因所特有的,表现出该基因家族各基因独特的表达模式,也表明该家族基因的功能分化,参与植物发育的各个阶段.     

大白菜GID1家族基因鉴定及表达模式分析

GID1蛋白是赤霉素信号转导过程中的重要受体,在调控植物生长发育过程中发挥重要作用。本研究采用生物信息学分析方法对大白菜基因组中GID1家族基因进行鉴定,并对该基因结构、染色体分布、系统进化以及表达模式等进行分析。结果表明,大白菜基因组中含有5个GID1家族成员,分别位于4、5、6、7、9号染色体上,各成员都只含有1个内含子。系统进化结果显示,单子叶和双子叶植物的GID1蛋白明显处于两个不同分支,大白菜GID1家族成员与拟南芥GID1具有更近的亲缘关系。通过表达模式以及启动子顺式响应元件分析发现,大白菜GID1基因不仅参与生长发育调控还可能参与对不同环境因子的响应过程。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

水稻中2个小分子热激蛋白基因启动子的序列分析及功能鉴定

小分子热激蛋白(small heat shock proteins, sHSP),作为一种分子伴侣,在植物逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。本研究克隆了水稻中2个编码小分子热激蛋白的基因 Os16.9A和 Os16.9B, Os16.9A和 Os16.9B编码的150个氨基酸,相似性高达99%。 Os16.9A和 Os16.9B的转录方向相反,2个基因的起始密码之间的距离为2.6 kb,它们的启动子均含有CAAT-box、TATA-box、GATA-box以及与热激等胁迫应答有关的顺式作用元件HSE和ACGT aterd1; Os16.9A的启动子还包含响应冷、干旱应答的顺式作用元件LTRE,这些顺式作用元件呈不对称分布,推测这2个基因间的序列具有双向启动子的功能,且这2个基因可能受胁迫诱导表达。该研究将为进一步研究水稻 Os16.9A和 Os16.9B基因的表达调控及其功能提供参考。     

不同基因型大豆GS1基因的克隆与分析

克隆了6个不同基因型大豆的GS1基因,序列比对分析结果表明,不同基因型大豆的GS1基因序列相似性较高.不同基因型大豆GS1基因序列间仍存在显著的差异,主要集中在非编码区.GS1基因分子进化树显示东农42、半野生大豆基因序列进化距离较近.不同基因型大豆GS1蛋白质序列具有很高的相似性,并且都具有两个保守的结构域、催化结构...     

苹果属S-RNase基因的进化研究

【目的】通过分析苹果属植物自交不亲合性位点S-RNase基因的序列,研究S-RNase基因在苹果属的进化历史,序列分歧特点和遗传多态性。【方法】利用栽培苹果的S-RNase基因序列在GenBank数据库中检索和鉴定所有已知的苹果属植物的S-RNase基因,同时利用S-RNase基因的保守引物获得陇东海棠和变叶海棠的S-RNase基因序列。通过系统发育分析研究S-RNase基因的进化历史,进而计算dN/dS比值揭示S-RNase基因序列分歧的特点,最后估计并比较苹果属不同类群S-RNase基因的遗传多态性及其遗传分化。【结果】苹果属植物的S-RNase基因可以分为16个亚类,同一亚类S-RNase基因的序列分歧较小,亚类之间的分歧很大。S-RNase基因的成对dN/dS比值中有50%的大于1,并且滑动窗分析显示S-RNase基因具有多个dN/dS比值显著大于1的区域。栽培苹果和野生苹果在S-RNase基因的遗传多态性上没有明显差异。在所涉及的苹果属野生类群中,栽培苹果与塞威士苹果在S-RNase基因上的遗传分化最小。【结论】适应性氨基酸替换在苹果属植物S-RNase基因的序列分歧上发挥了重要作用。现有的S-RNase基因数据显示栽培驯化没有导致栽培苹果S-RNase基因遗传多态性的降低,基于S-RNase基因的遗传分化支持栽培苹果是由塞威士苹果驯化而来的观点。     

扩展莫尼茨绦虫蛋白激酶C相互作用蛋白(PICK1)基因的克隆及序列分析

[目的]分离和鉴定扩展莫尼茨绦虫(Monieziaexpansa)新基因,为进一步研究该基因的功能奠定基础.[方法]构建扩展莫尼茨绦虫成虫cDNA文库,随机挑取重组阳性克隆进行测序,对部分序列进行引物步移法测序,获取其全长cDNA序列;采用生物信息学等分析技术对该cDNA序列进行开放阅读框(ORF)的寻找、编码氨基酸的推导、核苷酸和氨基酸同源性比较及蛋白质二级结构的初步预测.[结果]获得了1个扩展莫尼茨绦虫新基因蛋白激酶C相互作用蛋白,全长1 527 bp,编码447个氨基酸,CDS预测存在明显的BAR,PDZ结构域.编码蛋白的理论分子质量为50.173 3 ku,等电点为5.22.[结论]获得了扩展莫尼茨绦虫蛋白激酶C相互作用蛋白的全长cDNA序列,为该基因功能的试验性鉴定工作奠定基础.     

猪圆环病毒Ⅱ型ZZ株ORF1基因的扩增测序与序列分析

合成一对猪Ⅱ型圆环病毒(PCV-2)ORF1基因特异性引物,对分离到的郑州分离株(ZZ株)猪圆环病毒PCV-2型的ORF1基因进行了扩增,经测序后,将所测序列与已公布的35株PCV-2ORF1序列进行同源性比较,并绘制系统发育进化树。结果显示,所测毒株间的ORF1基因核苷酸同源性为97.3%～100%;进化树分析表明各分离毒株ORF1基因在进化上比较保守。同时对PCV-2OFR1部分功能进行分析,发现该基因蛋白具有良好的抗原性。     

猪繁殖与呼吸综合征流行株ORF5基因遗传变异分析

[目的]分析猪繁殖与呼吸综合症（PRRS）发病原因、流行趋势,为预防和控制PRRSV提供理论依据。[方法]根据GenBank上的猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）ATCCVR-2332的全基因序列,设计并合成引物,采用RT—PCR技术扩增了7株流行株（HIJ10,HL148,HLJ64,HLJ76,HL177,HLJ85,HLJ87）中的ORF5基因序列。应用DNAStar软件分析所测序列,并与ATCCVR-2332、CH-1a、BJ-4、LV及疫苗株MLV进行序列比较。同时用系统进化树分析了分离株之间的亲缘关系。[结果]核苷酸序列分析表明这7株流行株中ORF5基因与VR-2332、CH—1a、BJ-4等代表株的同源性分别为88．1％～98．8％,89．9％～95．2％,85．6％～98．7％;与LV的同源性为54．7％～56．9％。氨基酸序列分析表明这7株流行株与VR-2332、CH-1a、BJ4等代表株的同源性分别为88．1％～96．8％,88．1％～94．5％,86．1％～96．5％;与LV的同源性为54．7％～56．2％。通过系统发育进化树分析可知HLJ48、HL164、HLU6、HLJ77、HLJ85与CH-1株亲缘关系密切,同属一亚群,表明所获得的毒株与参考株CH．1亲缘关系较近,可能由CH-1演化而来。HLJ10、HU87与疫苗株MLV关系较近,而且HLJ10、HLJ87的同源性高达100％,可能由于使用疫苗而感染,说明黑龙江省存在疫苗毒的隐性感染。[结论]流行株在ORF,基因区域的变异较大,同一地域分离株间ORF,基因序列同源性较高且亲缘关系较近,不同地域则较远。     

马铃薯StKN1基因的cDNA克隆与分析

植物同源异型枢基因(Homeobox gene,HBG)广泛存在,是一类重要的转录因子编码基因,在生物进化中具有很强的保守性。利用GenBank登录的拟南芥、苜蓿、豌豆、烟草、番茄等同源异型枢基因保守区序列设计简并引物,通过RT-PCR技术,从马铃薯萌动的幼芽中获得了一个homeobox的cDNA基因,命名为StKN1,GenBank登录号为DQ494855.1。该基因片段长971 bp,经序列分析比对,与其他植物的HBG具有很高的序列相似性。系统进化分析将StKN1基因归入homeobox KNOX基因家族。     

基于比较基因组学分析的方法定位及注释双峰驼MHC基因

【目的】定位并注释双峰驼主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)基因序列,为进一步研究双峰驼MHC基因提供科学依据。【方法】运用比较基因组学方法,提取人类MHC(HLA)基因编码序列和牛MHC(BoLA)基因编码序列并分别与双峰驼转录本进行blastn基因序列比对,识别出相似度较高的scaffolds,通过分析HLA、BoLA基因序列比对在这些scaffolds上的位置顺序,对多条scaffolds进行拼接,得到双峰驼MHC的Pseudo chromosome;再分别提取HLA、BoLA全基因组序列与双峰驼已拼接的scaffolds进行基因组共线性分析,利用lastz建立起的Pseudo chromosome与HLA、BoLA全基因组序列的线性关系判断筛选出的scaffolds是否准确;然后通过分析MHC基因在两物种间的线性关系,在双峰驼参考基因组中提取出MHC基因序列,并对这些序列进行基因注释;最后根据得到的双峰驼MHC基因绘制系统进化树,研究其基因间的进化关系。【结果】通过对HLA、BoLA基因编码序列与双峰驼转录本用blastn进行序列比对,识别出了相似度较高的3条scaffolds,即NW_011511766.1(全长4.1M)、NW_011515227.1(全长1.2M)和NW_011514613.1(全长15K),对其拼接得到双峰驼MHC的Pseudo chromosome;利用lastz共线性分析,识别出HLA基因序列和BoLA基因序列并比对出其在双峰驼MHC基因的共线性区域。该区域与拼接得到的Pseudo chromosome一致,证明筛选出的scaffolds是准确的。并且发现Class-Ⅰ类和Class-Ⅲ类基因集中分布在NW_011515227.1上,而Class-Ⅱ类基因集中分布在NW_011511766.1和NW_011514613.1上,进一步分析得知Class-Ⅱ类基因主要分布在NW_011511766.1的3.5—4.1M的位置;将存在共线性区域的序列提取出来,与比对到双峰驼上的MHC基因的编码序列进行blat分析,结果在双峰驼基因组中共识别出24个与牛BoLA基因高度相似的基因,其中Ⅰ类基因1个,Ⅱ类10个,Ⅲ类基因13个。对双峰驼这24个MHC基因进行信息注释并绘制系统进化树,结果显示注释的Class-Ⅰ类和Class-Ⅱ类基因在同一分支。【结论】通过比较基因组学方法定位并注释了双峰驼的MHC基因,将双峰驼MHC基因序列定位到了3条scaffolds上,找到并注释了24个MHC基因,绘制了双峰驼MHC的Pseudo chromosome,为进一步研究双峰驼MHC基因奠定了理论基础。     

大豆孢囊线虫扩展蛋白新基因(Hg-exp-1、Hg-exp-2)的鉴定及功能分析

【目的】大豆孢囊线虫(Heterodera glycines)是大豆上最重要的土传病原物之一,由孢囊线虫口针分泌的扩展蛋白(expansin)在线虫侵染过程中发挥了重要作用。本研究旨在鉴定大豆孢囊线虫扩展蛋白基因,并对其结构、组织定位和发育表达特性进行研究,为进一步明确大豆孢囊线虫的寄生、致病机制打下基础。【方法】利用同源基因克隆技术,根据已报道的线虫expansin基因的保守序列设计上下游简并引物,从大豆孢囊线虫2龄幼虫cNDA中克隆expansin基因的EST片段,根据EST片段序列设计RACE特异性引物,通过RACE技术扩增测序后采用DNAstar 7.1和DNAman软件对序列进行比对和拼接,得到大豆孢囊线虫expansin基因c DNA全长;采用CLC sequence viewer 6进行开放阅读框查找、蛋白质翻译和序列比对;使用EBI在线软件Signal P 3.0 Server和TMHMM软件进行预测蛋白质前体信号肽和跨膜结构域预测,GSDS在线软件进行基因组结构分析;使用PHYML软件和MEGA5.0软件最大似然法对获得的基因与其他线虫expansin基因进行比对与系统进化树构建;采用Southern杂交技术分析Hg-exp-1在大豆孢囊线虫基因组中的拷贝数;通过原位杂交技术确定2个expansin基因的表达部位;提取卵、侵染前2龄幼虫、侵染后2龄幼虫、3龄幼虫、4龄幼虫与白雌虫的c DNA作为模板,通过半定量PCR技术分析expansin基因在线虫不同龄期的发育表达特性;根据Hg-exp-1基因序列设计引物扩增并合成dsRNA,对大豆孢囊线虫2龄幼虫浸泡处理24 h后接种大豆植株,分析Hg-exp-1 RNA干扰后对线虫侵染的影响。【结果】从大豆孢囊线虫2龄幼虫中成功克隆出2个扩展蛋白基因全序列,命名为Hg-exp-1和Hg-exp-2,长度分别为1 047和1 037 bp,分别编码长度为288和295个氨基酸的多肽,2个预测蛋白N端均含有信号肽,无跨膜结构域,表明其为分泌型蛋白。序列比对发现大豆孢囊线虫HG-EXP-1序列与马铃薯金线虫(Globodera rostochiensis)GR-EXPB1(CAC83611)和GR-EXPB2(CAC84564)以及非洲茎线虫(Ditylenchus africanus)DA-EXPB1(ADJ57307)等具有高度一致性。Southern杂交分析表明,expansin基因在大豆孢囊线虫中可能以多拷贝方式或多基因家族存在。原位杂交显示它们特异地在大豆孢囊线虫亚腹食道腺表达。Hg-exp-1体外RNA干扰后,2龄幼虫浸泡在dsRNA 24 h,靶基因的转录水平下调,接种后大豆根内线虫2龄幼虫数和雌虫数分别下降了38.3%和43.4%。【结论】从大豆孢囊线虫中成功分离鉴定出2个expansin基因,同时明确了其在大豆孢囊线虫寄生早期过程中起重要作用。     

六个癌基因碱基序列的结构特点与聚类分析

提取6个癌基因(BAK1、ccnd1、A DA MTS1、ADAM17、A DA MTS8、A GER)的碱基序列,借助MATLAB软件编写程序代码,检索6个癌基因碱基序列的4种单一碱基(A、T、C、C)的概率和64种三碱基组(AAA、AAT、AAC、……、GGG)的概率；对6个癌基因碱基序列的各种分布进行相空间聚类.结果表明,所在染色体不同、所在细胞不同、序列长度不同的6个癌基因碱基序列的结构特点与其生物学功能之间存在着明确的相空间关联.对生物学功能未知的基因和生物学功能已知的基因进行碱基序列结构特点分析和相空间聚类,可以由聚类结果预测功能未知基因是否具有与功能已知基因相似的生物学功能,这为寻找具有某种生物学功能的基因和预测基因是否具有某种生物学功能提供了一个有效途径.     

十字花科植物中低芥酸野生种的发掘和FAE1基因的功能验证

 【目的】发掘低芥酸野生种,并探明这些野生种的低芥酸遗传机理。【方法】本研究采用同源序列法从野生种和甘蓝型油菜中分离FAE1序列。用酵母系统异源表达野生种的FAE1。用气相色谱法分析脂肪酸组成。【结果】比较FAE1序列发现5个野生种的FAE1序列与甘蓝型油菜的FAE1同源性高于85%。分析它们编码的蛋白质序列,发现5个野生种在第282位氨基酸残基处都是丝氨酸,而且与酶活性相关的氨基酸残基（Cys223、His302、His387、His391和His420）都没有发生突变,这些特征与报道的高芥酸油菜品种相同,不同于低芥酸油菜。Western Blot分析发现野生种的FAE1都在酵母系统中获得了表达,转化诸葛菜和荠菜FAE1的酵母并未合成长链脂肪酸,而转化新疆野芥、新疆白芥和菘蓝的FAE1的酵母都有微量长链脂肪酸的合成。【结论】诸葛菜和芥菜确为低芥酸野生种,而且其低芥酸性状源于FAE1编码产物的失活。