陆地棉GhZIP基因家族全基因组分析

ZIP基因家族是生物体内非常重要的一类金属阳离子转运蛋白基因家族,通过对陆地棉基因组的全面分析和鉴定,获得GhZIP基因家族系统性的生物学信息。运用比较基因组学的方法,从陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库中鉴定出45个GhZIP基因,这些基因分布在除了A04、A09、D04和D09号亚基因组以外的22个亚基因组,D亚组比A亚组多5个GhZIP基因,有16对基因在A亚组和相对的D亚组上存在一一对应关系。有44个GhZIP基因具有跨膜结构,其中有36个GhZIP基因的跨膜结构域是6~9个,具有His富集区序列并位于膜内侧可变区的有20个GhZIP基因,只有1个GhZIP基因亚细胞定位不在细胞质膜。对NCBI中陆地棉的EST数据库做比对统计,有21个GhZIP基因没有可匹配的EST序列,其他24个GhZIP基因在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维等组织中广泛表达,其中有18个基因在根和/或茎中表达。研究结果为GhZIP基因的克隆和功能研究提供了理论基础。     

棉花β-半乳糖苷酶基因家族的全基因组鉴定及分析

植物β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,BGALs)是一类重要的糖苷水解酶,可水解糖链、糖脂及糖蛋白中非还原末端β-D-半乳糖残基.为揭示β-半乳糖苷酶在棉花发育中的调控机制,本研究对BGAL家族做全基因组学分析,为进一步了解BGAL家族在棉花花粉中的功能提供理论支持.利用生物信息学对陆地棉、亚洲棉、海岛棉...     

鹰嘴豆WOX转录因子基因家族全基因组分析

WOX基因家族是植物中特有的转录因子家族,研究发现该基因家族调控植物生长发育的各个重要环节,本研究将在鹰嘴豆数据库中下载的WOX蛋白序列,利用HUMMER、Smart等软件进行筛选,鉴定出17个WOX基因家族成员,利用信息学方法对这些家族成员的基本信息,包括分子量、蛋白长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对鹰嘴豆WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将鹰嘴豆WOX基因家族分为古代进化支、中间进化支和现代进化支,结构分析表明该家族的全基因组序列是高度保守的,在进化过程中呈多样性。利用荧光PCR技术分析在盐胁迫下,根中WOX基因家族成员在不同时间点的表达情况,发现CarWOX5、CarWOX7和CarWOX11与耐盐胁迫调控密切相关。本研究对鹰嘴豆WOX基因家族进行了全面、系统的生物信息学分析,以期为后续的功能验证研究奠定基础。     

野生豆Pht1基因家族的全基因组鉴定和表达分析

植物体内磷的吸收、转运和再利用过程主要是由位于质膜上的磷酸盐转运蛋白基因(phosphate transporter 1, Pht1)家族调控。目前野生豆Pht1家族基因的鉴定和系统分析尚未见报道,为了研究野生豆Pht1家族基因的进化和功能,本研究通过同源序列比对的方法鉴定并获得了野生豆Pht1家族的15个基因,分布在8条染色体上。多序列比对和系统发育分析显示这些基因分为四组,分别包含10,2,2,1个基因。基因共线性分析显示Gs Pht1家族存在6对复制基因,分别是GsPht1;1/1;5,GsPht1;2/1;7,GsPht1;3/1;14,GsPht1;6/1;10,GsPht1;8/1;9和GsPht1;12/1;13。Ka/Ks分析显示野生豆Pht1家族基因的进化经受纯化选择,Tajima相对速率测验表明基因复制事件后复制基因增加了进化速率。Gs Pht1家族基因在不同组织的表达模式显示复制基因对具有组织表达特异性,低磷胁迫条件下该家族大部分基因在不同组织中被诱导表达。本研究结果为野生豆耐低磷分子机制的研究提供了依据。     

基于全基因组的番茄YUCCA基因家族生物信息学分析

YUCCA基因是植物在合成生长素过程中限速酶的编码基因,植物在生长发育过程中离不开生长素,也同样也离不开YUCCA基因。为深入研究番茄中的YUCCA基因,本研究利用生物信息学方法,在番茄全基因组范围内共鉴定出了17个YUCCA基因,并对17个YUCCA基因的基本信息、转录本结构、保守基序、顺式元件、染色体定位、系统发育以及表达模式进行了分析。结果表明,17个YUCCA基因分布在7条染色体上,并且可以分为三大类A、B、C。YUCCA基因的内含子在0~7之间分布。系统发育分析表明,同一条染色体上的YUCCA基因有明显的进化关系。通过以上分析,对后续深入研究番茄YUCCA基因家族提供了参考。     

石榴GST基因家族全基因组鉴定及表达分析

谷胱甘肽硫-转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能蛋白酶(EC 2.5.1.18),可参与解毒作用、抵御生物与非生物胁迫以及次级代谢物质运输。本研究以石榴(Punica granatum)为材料,在其全基因组中共鉴定到44个Pg GSTs基因家族成员。44个成员编码蛋白氨基酸长度为103～417 aa,分子量为11.87～47.42 kD,理论等电点在4.96～9.34,大部分成员定位于细胞质。进化分析显示,Pg GSTs可以划分为8个亚家族,石榴U型和F型亚家族成员居多数。其中43个基因家族成员均含有GST_N保守基序motif 1和motif 2。染色体定位与共线性分析显示,44个成员在8条染色体不均匀分布,存在10处串联重复,并与苹果MdGSTs具有更近的基因进化起源关系。上游2 kb区域顺式作用元件分析表明,该基因家族成员能够响应非生物胁迫、植物激素等刺激。转录组表达分析显示Pg GST有一定的组织表达特异性,其中PgGSTF3可能参与了成熟花和果实外种皮花青苷转运积累过程。本研究可为深入研究石榴GST基因家族生物学功能提供理论基础。     

陆地棉KFB基因家族全基因组鉴定与表达分析

【目的】KFB(Kelch containing F-box protein)是普遍存在于各种生物体中含有F-box结构域的一类家族蛋白,参与众多生物过程。本研究旨在开展陆地棉KFB家族基因鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉(TM-1)基因组中鉴定KFB家族成员,与已知的拟南芥、水稻、大豆等KFB蛋白序列构建系统进化树;进一步针对第Ⅱ亚族进行基因结构、染色体定位和表达分析。【结果】从陆地棉基因组共鉴定出150个KFB家族成员,进化分析表明这些基因可分为7个亚族。陆地棉KFB第Ⅱ亚族24个基因分布在14条染色体上,有9对直系同源基因;该亚族基因结构简单,半数基因只有1个外显子;qRT-PCR结果表明,该亚族基因具有较为广泛的组织表达模式,但在不同组织的表达存在差异。【结论】这些结果显示陆地棉KFB第Ⅱ亚族基因在进化过程中出现了功能分化。     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

[目的]REM(Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道.[方法]基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表...     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】REM (Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道。【方法】基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表达规律等进行分析。【结果】陆地棉REM基因家族包含79个成员,分布在25条染色体上,可分为5个亚组。每个成员编码的蛋白质至少含有1个B3结构域,大部分定位在细胞核。基因上游2 kb序列中存在激素及胁迫响应等顺式作用元件。组织表达特性分析结果显示,大部分REM基因在胚珠或纤维中的表达量较其他组织更高。逆境胁迫下的表达分析显示,29个基因响应棉花冷、热、盐或干旱胁迫。对6个基因在纤维不同发育时期表达量进行分析,发现这些基因的表达与已发表的转录组数据基本一致。【结论】明确了REM基因家族在基因组中的分布特征、结构特征以及系统进化特征,根据转录组数据初步揭示了该家族基因在生长发育和抗逆中的功能。     

榴莲PEPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

本研究从榴莲全基因组中鉴定榴莲PEPC基因,并分析了它们在‘猫山王’榴莲不同组织(根,茎,叶和果肉)与3个不同品种(‘猫山王’,‘金枕头’和‘普玛尼’)果肉中的表达情况。结果共获得6个榴莲Dz PEPC家族成员,其蛋白理化特征较为相似,且所有榴莲PEPC蛋白亚细胞定位预测均可能存在于细胞质中。染色体定位显示榴莲PEPC位于5条不同的染色体。联合榴莲、水稻、菠萝、拟南芥的PEPC蛋白共同进行系统进化分析,结果显示共可分为2个亚组,Dz PEPC1、Dz PEPC3、Dz PEPC4和Dz PEPC5为PTPC亚族(植物型),Dz PEPC2和Dz PEPC6为BTPC亚族(细菌型),且发现榴莲PTBC和BTPC分离时间早于单子叶植物和双子叶植物的分离时间,两者基因结构和蛋白序列差异大,但仍具有一定的保守性。顺式作用元件分析显示,DzPEPC含有数量较多的光响应元件和激素响应元件。转录组表达分析发现,DzPEPCs在不同榴莲组织中的表达具有偏好性,可能参与榴莲的多个生物学过程(包含光合和非光合过程),并初步推测DzPEPC4与榴莲果肉发育过程相关。本研究可为进一步探究DzPEPC家族在榴莲中的生物学功能提供参考。     

冬枣COBRA基因家族全基因组鉴定及表达分析

COBRA作为一类GPI锚定蛋白,主要作用于细胞伸长与纤维素沉积。本研究在冬枣全基因组中成功地鉴定到10个冬枣COBRA相似基因(ZjCOBL),并对该基因家族成员进行生物信息学分析,还研究了各成员在‘冬枣’7个不同组织中的表达模式。所有潜在的COBRA相似蛋白都具有CCVS保守结构域,其中8个相似蛋白具有N端信号肽序列,big-PI程序预测出7个蛋白为潜在的GPI锚定蛋白。根据基因结构和系统演化分析等依据,冬枣中的COBRA相似蛋白可以分为两个亚家族(SFs),其中SFⅠ亚家族氨基酸相似性为43.3%到79.9%,SFⅡ亚家族为58.3%到67.9%。10个ZjCOBL基因分别位于枣树12条染色体中的5条染色体和一段scaffold上。Real-time RT-PCR试验表明,所有ZjCOBL基因在冬枣各个器官和不同生长时期均有表达。其中,ZjCOBL7与番茄上的Sl COBRA-like为直系同源基因,具有相似的表达模式,推测ZjCOBL7可能与枣果实的质地和成熟软化相关。     

陆地棉抗坏血酸过氧化物酶基因家族全基因组生物信息学分析

【目的】抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)是过氧化物酶家族中的1类成员,可以清除活性氧。APX家族的生物信息学分析有助于更好地了解该家族基因。【方法】利用生物信息学方法,从中国农业科学院棉花研究所提供的陆地棉序列中鉴定出14条APX基因家族序列,并对这14个成员的染色体定位、亚细胞定位、进化关系、理化性质、信号肽、保守基序以及其编码蛋白的结构特征进行了预测分析,并初步分析了部分基因的表达。【结果】APX基因分布广泛,分散在不同的染色体上;且大部分APX蛋白定位在细胞质,是亲水性脂溶蛋白;有3个保守基序,保守性较强;基因起源和进化比较复杂;二级结构的主要元件为α-螺旋和无规则卷曲。根据表达分析推测,第1亚组和第2亚组的基因在棉纤维发育的不同时期起作用。【结论】这些结果有望为APX家族成员的结构与功能挖掘提供参考。     

甘薯全基因组SBP-box基因家族鉴定及表达分析

SBP (SQUAMOSA promoter binding proteins)家族是植物特有的一类转录因子家族,广泛存在于绿色植物中,调控植物生长发育、信号转导及响应非生物胁迫等多种生理过程。已有多种植物SBP-box基因相继被报道。为探究SBP-box基因在甘薯中的分布情况及对甘薯生长发育的影响,本研究从甘薯全基因组鉴定出30个SBP-box基因,依次命名为IbSPL1～IbSPL30,并分析了其基因结构、蛋白质结构和理化性质、系统进化关系、串联重复、启动子顺式作用元件分布和组织特异表达情况等。结果表明大部分甘薯SBP-box蛋白理化性质、结构有一定分化,甘薯SBP-box蛋白与拟南芥同源进化关系较近,不同亚家族间具有不同数量和类型的motif分布;甘薯SBP-box基因在染色体上分布较为均匀,除3条染色体外,其余12条染色体均有1～4个SBP-box基因分布,共线性分析发现甘薯SBP-box基因可能来源于多次片段重复事件;通过启动子区域顺式作用元件分析和不同组织、不同处理下的差异表达分析,发现16个基因与甘薯地上部分的生长发育相关,7个基因与干旱胁迫响应相关。本研究从各个角度分析...     

小麦B-box基因家族全基因组鉴定与表达分析

B-box (BBX)是一类含有1个或2个B-box结构域的锌指蛋白,在植物生长发育中起着重要作用。本研究明确小麦B-box转录因子的数量、基因结构和分类进化关系,研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对非生物胁迫的响应。从小麦全基因组中鉴定得到87个B-box基因家族成员,所有TaBBXs蛋白均含有B-box结构域。TaBBXs编码146～489个氨基酸,理论等电点为4.32～10.42。染色体定位分析表明,TaBBXs分布在除1A、1B和1D之外的18条小麦染色体上。通过系统发育分析将TaBBXs划分为5个亚家族,有0～4个内含子。在同组内同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构。qRT-PCR分析的20个TaBBXs基因,具有不同的组织表达模式, 16个基因在叶中有较高表达, TaBBX10和TaBBX39仅在叶中有较高表达,而TaBBX74在穗中表达, TaBBX43在根中特异性表达。在不同逆境胁迫下, TaBBXs呈现不同表达模式, 11个基因在低温胁迫后上调表达, 12个基因在ABA处理后下调表达,盐胁迫后10个基因出现上调表达,干旱胁迫后7个基因出现下调表达,TaBBX10、TaBBX39、TaBBX60、TaBBX67和TaBBX74基因在2种或2种以上胁迫下有显著的上调表达。     

毛竹GMD基因家族全基因组鉴定与表达分析

GDP-甘露糖4,6-脱水酶(GDP-mannose 4,6-dehydratase,GMD)是生物体内参与多糖合成代谢的一个重要基因.本研究利用毛竹全基因组和转录组数据信息,对GMD基因家族进行细致分析,共鉴定出39个家族成员.毛竹GMD各家族基因的理化性质有一定差异,但所含甘露糖4,6脱水酶结构域进化相对保守.进化...     

全基因组鉴定和分析水稻AP2基因家族

AP2亚组类转录因子是植物特有的一类转录因子,属于AP2/ERF基因家族,在植物生长发育、细胞分化以及响应生物和非生物胁迫过程中起着重要的作用.本研究通过生物信息学的方式共鉴定到16个水稻AP2基因,并对这些基因的理化性质、基因结构、进化途径、顺式调控元件、表达谱等方面进行分析.结果 显示这些基因不均匀地分布在8条染色...     

马铃薯NCED基因家族全基因组鉴定与表达分析

脱落酸(ABA)在植物响应生物胁迫和非生物胁迫过程中具有重要调节作用。9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是ABA合成限速酶,位于ABA生物合成通路上游。为明确马铃薯NCED基因家族成员以及NCED基因表达特性,本研究在全基因组水平鉴定马铃薯NCED基因家族成员,并通过染色体定位、理化性质表征、系统发育树构建、基因结构分析以及启动子顺式作用元件鉴定对该基因家族成员进行系统研究。基于马铃薯参考基因组,共鉴定到10个马铃薯NCED基因,染色体定位分析显示这些基因分布在4条染色体上;基因理化性质分析表明,该基因家族蛋白分子量介于50～70 kD之间,等电点介于5.48～8.71之间;启动子序列分析显示该基因家族具有大量与多种植物激素相关的顺式作用元件;最后通过实时荧光定量PCR明确接种茄链格孢(Alternaria solani)后马铃薯NCED基因家族的表达模式。本研究为深入挖掘NCED基因家族在马铃薯与茄链格孢互作中的作用提供了理论基础。     

玉米HSP90基因家族的全基因组鉴定与分析

热激蛋白90（HSP90）广泛参与生物体的生长发育,且积极响应多种非生物胁迫。为全面解析玉米HSP90基因家族信息,对HSP90基因家族进化树、基因结构、保守基序（motif）、GO富集和组织表达模式等进行分析,并进一步分析ZmHSP90-1基因响应干旱胁迫的表达模式及蛋白互作关系。结果显示,从玉米全基因组水平共鉴定到11个ZmHSP90家族基因,被划分为5个亚族（I~V）;相邻进化树分支上的ZmHSP90基因具有相似的motif和基因结构;GO富集分析显示,11个ZmHSP90基因均参与了蛋白质折叠过程;表达模式分析显示,11个ZmHSP90基因在不同组织或器官中均有表达,其中ZmHSP90-1基因的表达量相对较高;ZmHSP90-1基因在耐旱性强的玉米自交系中具有更高的表达量,且积极响应干旱和复水过程;蛋白互作预测显示,ZmHSP90-1可能与其互作蛋白协同响应非生物胁迫,发挥生物学功能。