陆地棉GhSAMDC基因家族的全基因组分析

以已报道的SAMDC为探针序列,从异源四倍体陆地棉基因组数据库中筛选获得14个GhSAMDC家族基因。GhSAMDC家族基因的氨基酸多重序列比对发现该家族成员序列相似性约为50%,家族成员均具有GhSAMDC家族特有的保守结构域:酶原剪切位点结构域(LSESSLF)和PEST(TIHVTPEDGFSYAS)结构域。染色体定位分析发现14个基因均匀地分布在A和D基因组,A和D上各含7个GhSAMDC成员,无家族成员构成基因簇的现象。转录组测序结果发现 GhSAMDC1、 GhSAMDC7和 GhSAMDC8对黄萎病菌的胁迫有明显的响应,暗示这些在棉花抵御黄萎病菌胁迫过程中发挥一定的作用。试验为进一步研究GhSAMDC家族基因的功能及解析棉花抗黄萎病分子机制奠定了一定基础。     

大豆BBX基因家族的鉴定及表达

【目的】对大豆（Glycine max）全基因组BBX（B-box）蛋白基因进行鉴定和生物信息学分析,探究其对非生物逆境胁迫的响应模式,为大豆BBX基因的应用提供参考。【方法】利用生物信息学方法鉴定大豆BBX基因家族成员,分析其保守结构域、系统进化树、基因复制关系、顺式作用元件、组织特异性表达和非生物逆境胁迫（干旱和100 mmol/L NaCl胁迫,均处理0,1,6,12 h）响应模式。【结果】大豆BBX基因家族（GmBBXs）有42个成员,分布在除2和16号染色体外的18条染色体上。保守结构域分析表明,GmBBXs在N端有一个或两个B-box结构域（B-box1和B-box2）,B-box1较B-box2保守;部分成员在C端存在一个CCT结构域。系统发育分析表明,GmBBXs家族成员分为5个亚家族,分别为B1+B2+CCT（Ⅰ型和Ⅱ型）、B1+CCT（Ⅲ型）、B1+B2（Ⅳ型）和B1（Ⅴ型）类型,其成员数量分别为3,8,6,18和7。共线性分析发现,在GmBBXs基因的扩展中存在串联复制和片段复制事件,且片段复制事件比例较串联复制大。GmBBXs基因启动子上含有多种顺式作用元件,如光应答元件、逆境胁迫应答元件和激素响应元件等。GmBBXs基因表达分析结果显示,GmBBXs在大豆根、茎、叶、花、荚果和种子中的表达存在差异,不同GmBBXs响应干旱和盐胁迫的方式不同,获得的36个GmBBXs基因表达数据可分为6种表达模式。【结论】在大豆中共鉴定得到42个GmBBXs基因,分布于18条染色体上,其结构域较为保守;GmBBXs的表达具有组织特异性,参与干旱和盐胁迫响应。     

马铃薯 HSP90基因家族的全基因组鉴定及高温干旱胁迫下的表达分析

热激蛋白HSP90是植物中一类高度保守的分子伴侣,参与细胞内蛋白质稳态调控、底物蛋白的激活和热激因子的调控,在高温干旱等逆境胁迫中发挥重要作用。从12个茄科植物基因组中共鉴定出130个 HSP90基因,包含马铃薯的11个 HSP90基因,马铃薯 HSP90基因与番茄属植物的亲缘关系最近。马铃薯HSP90蛋白质基序较为保守;马铃薯 HSP90基因启动子分析发现其包含植物激素、高温胁迫、干旱胁迫响应等顺式作用元件。通过对高温、干旱胁迫条件下的马铃薯 HSP90基因进行qRT-PCR分析,热激后大多数 HSP90基因显著上调,4个 HSP90基因表达量极高;干旱胁迫下多数 HSP90基因也呈上调趋势,其中1个 HSP90基因表达量极高。STRING数据库预测出HSP90蛋白的22个伙伴蛋白,其功能涉及逆境胁迫应答、生长发育、信号转导等生物学过程;蛋白质互作网络分析发现5个高表达量 HSP90基因参与调控内质网未折叠蛋白反应（UPR,unfolded protein response）、细胞内蛋白质降解与活性氧（reactive oxygen species,ROS）生成,在抵抗极端逆境胁迫中发挥重要作用。     

甘薯β-淀粉酶家族基因的全基因组鉴定和表达分析

目的 挖掘甘薯Ipomoea batatas基因组中β-淀粉酶(Beta-amylase)基因家族序列信息,分析结构与功能信息。方法 基于甘薯栽培种‘泰中6号’全基因组测序数据,利用生物信息学分析方法对鉴定到的12个甘薯β-淀粉酶家族成员进行结构域保守性分析、染色体定位、潜在重复基因筛查、保守基序分析和系统进化树构建,利用转录组数据进行低温胁迫下相关基因的表达分析。结果 12个β-淀粉酶基因分布于甘薯第2、4、5、6、11、12、13和14号染色体上,含有8个具有潜在重复关系的基因对。多重比对和功能结构域搜索结果显示,甘薯β-淀粉酶家族的氨基酸序列中含有3个保守性较高的区域和10个保守基序。甘薯与其他物种β-淀粉酶蛋白的系统进化分析结果显示,62个β-淀粉酶家族成员被分为S1~S7等7个亚组,甘薯β-淀粉酶家族成员主要分布在S2、S4、S5、S6以及S7亚组中,且大多与拟南芥、马铃薯以及番茄的β-淀粉酶为同一分支。转录组测序数据分析结果显示,在低温贮藏的过程中有6个甘薯β-淀粉酶基因表达量出现变化,其中‘徐薯15-1’有2个基因上调表达、4个基因下调表达,‘徐薯15-4’仅有2个基因下调表达。结论 β-淀粉酶是一类关键的淀粉水解酶,在甘薯生长发育和薯块贮藏阶段淀粉降解为还原糖的过程中发挥着重要作用,本研究鉴定得到的12个甘薯β-淀粉酶基因序列信息为进一步探讨甘薯β-淀粉酶基因家族的生物学功能提供数据参考。     

大豆NUDX基因家族全基因组分析

【目的】利用大豆基因组Wm82.a2.v1,以拟南芥NUDX基因序列作为参考,通过全基因扫描,在大豆基因组中鉴定大豆NUDX基因家族。【方法】通过比对不同植物NUDXs蛋白序列,分析其保守结构特征,并采用模式匹配的方法分析大豆中具有相同结构的蛋白。利用ProtParam、TargetP1和WoLF-PSORT在线程序,分析候选基因编码蛋白质的亚细胞定位,根据多序列比对结果,利用MEGA5.1进行系统进化分析,最终根据大豆转录组数据对上述挖掘到的基因的表达模式进行分析。【结果】在大豆基因组中共找到69个推定的NUDX基因,分布于20条染色体上,其中56个具有单nudix水解酶结构域。对这69个基因的系统进化分析表明,大部分的GmNUDXs具有2个拷贝,且在大豆基因组上成对出现,这反映出了古老的基因组复制事件。对69个基因的表达分析表明,GmNUDXs在大豆中的表达不具有组织特异性,但表现出了明显的丰度变化:69个基因中:24个基因具有高表达丰度,26个基因具有中等表达丰度,10个基因具有较低表达丰度,9个没有发现表达序列,表明这9个基因可能为假基因。【结论】从大豆基因组数据库中挖掘到69个GmNUDXs,分布于大豆的20条染色体上,在大豆中可能具有多种功能。     

在葡萄果实发育Ⅰ、Ⅲ期差异表达的SWEET基因家族成员的生物信息学分析

为探索SWEET基因家族在葡萄果实发育中的表达与功能,以本实验室完成的酿酒葡萄品种赤霞珠Ⅰ期和Ⅲ期果实的转录组数据为基础,筛选出在Ⅰ期和Ⅲ期表达量存在显著差异的9个SWEET基因家族成员,利用生物信息学工具,对这9个基因的基因结构、蛋白的基本理化性质、二级结构、亚细胞定位、保守基序和序列同源性等进行预测分析,并利用实时荧光定量PCR(qPCR)技术对分析结果进行验证。基因组定位结果发现这9个SWEET基因分布在7条染色体上,蛋白序列可分成4个亚族。不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;二级结构预测结果显示,这9个SWEET基因的氨基酸序列以α-螺旋和无规则卷曲为主要组成部分;基因结构分析表明,除VvSWEET4含有4个内含子,其余8个均含有5个内含子;对9个SWEET基因家族成员蛋白的亚细胞定位预测分析表明:它们大多定位在质膜、叶绿体类囊体膜和液泡膜上;QPCR结果表明,在Ⅰ期和Ⅲ期差异表达的9个SWEET基因家族成员中,5个基因上调表达,4个基因下调表达,与转录组分析结果一致。     

苹果GRF基因家族在非生物胁迫下的表达分析

GRF（Growth Regulating Factor）基因家族是一类植物特有的转录因子,它在调控植物的生长发育、渗透胁迫等方面发挥重要作用,主要通过调控细胞增殖过程促进植物组织器官的生长,提高植物对环境胁迫的适应性,因此,研究GRF基因家族在逆境条件下的表达调控具有重要意义。利用生物信息学分析和实时荧光定量PCR技术研究苹果中12个 GRF 基因在干旱、盐害和温度胁迫条件下的表达情况。结果表明：苹果MdGRFs基因参与响应非生物胁迫,干旱、盐害、高温和低温条件下MdGRFs表达量多数有明显变化。分别用干旱、盐害处理苹果幼苗后有相同的4 个MdGRFs基因呈上调表达趋势;分别用干旱、低温处理后也有4 个基因有相似的诱导表达; MdGRF05和 MdGRF07受到干旱、盐害和低温的诱导表达;盐胁迫处理后,12 个MdGRFs基因中有8个明显上调,4个明显下调;高温条件下, MdGRF04、 MdGRF05、 MdGRF07、 MdGRF09和 MdGRF11基因表达上调略明显, MdGRF02、 MdGRF03和 MdGRF10表达均下调,其中高温12 h 后,几乎检测不到 MdGRF10的表达。     

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1～10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。     

玉米FAD2基因的生物信息学分析

脂肪酸脱氢酶（Fatty acid desaturase, FAD2）是产生不饱和脂肪酸的关键酶,在植物对多种逆境胁迫的响应中发挥重要作用。研究通过生物信息学方法对C-4作物玉米的FAD2基因及其蛋白的结构和功能作以预测和分析。分析结果表明,ZmFAD2基因含有FA-desaturase结构域,表明ZmFAD2蛋白具有脂肪酸去饱和酶的功能。ZmFAD2是定位于内质网的亲水性蛋白,系统进化树表明其与同为C-4植物的高粱和谷子亲缘关系最近。启动子顺式作用元件以及表达特性分析均表明ZmFAD2参与多种逆境胁迫的响应。研究结果为FAD2基因功能的进一步研究奠定了基础,同时为通过分子育种提高作物在逆境胁迫下的抗性提供了理论依据。     

家蚕Septin基因家族的全基因组鉴定及分析

Septin基因家族存在于除植物外的所有真核生物中,是具有GTPase活性保守基因家族。Septin蛋白功能多样,能够参与细胞分裂、细胞内物质转运、细胞周期调控及细胞凋亡等生理反应,并与肿瘤发生、神经功能障碍和病原物侵染的过程直接相关。利用果蝇的5个Septin基因家族蛋白序列检索家蚕基因组数据库,发现家蚕基因组中存在4个septin基因,其蛋白序列都具有完整的保守结构域;通过与果蝇、酵母等Septin蛋白进行聚类分析,发现该基因家族具有高度保守性,并对家蚕4个septin进行命名为BmPnut、BmSeptin1、BmSeptin2和BmSeptin4;通过查找基因芯片数据库分析了家蚕septin基因家族在各组织的表达模式,4个septin基因在各组织表达量各不相同,为下一步研究家蚕septin基因功能奠定了基础。     

结球甘蓝SET基因家族鉴定与表达分析

植物SET基因是一类含有SET结构域的高度保守的基因家族,参与调控植物多种生命过程。为探讨结球甘蓝SET基因家族及其表达情况,采用生物信息学方法对SET基因家族进行鉴定,并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）和半定量PCR（RT-PCR）对SET基因在不同组织中的表达模式进行分析。结果鉴定出28个结球甘蓝SET基因,它们不均匀分布在除1号染色体外的其他8条染色体上,编码蛋白的相对分子质量在29.20 ~ 185.16 kDa之间,预测等电点在5.02 ~ 9.06之间。基因结构分析表明结球甘蓝SET基因有0 ~ 23个内含子。系统进化分析将该家族成员分为7个亚族,其中第Ⅱ和第Ⅴ亚家族成员最多。在7个亚家族中,每个家族挑选1个基因,qRT-PCR结果显示选取的7个SET基因在结球甘蓝的叶片中不表达,而在根、茎、花蕾和花中均有表达,其中花蕾中表达量较高,进一步RT-PCR检测发现其在花粉母细胞时期高度表达。对结球甘蓝SET基因家族进行了鉴定,分析其进化关系和表达模式,可为深入研究该家族基因功能奠定一定的理论基础。     

小麦OSCA基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】在全基因组水平对小麦(Triticum aestivum L.)OSCA家族成员（TaOSCAs）进行鉴定,以明确TaOSCA在小麦中的潜在生物学功能。【方法】利用BLASTP结合保守结构域筛选的方法鉴定小麦TaOSCA蛋白。用生物信息学方法分析TaOSCA基因家族成员系统发育关系,基因结构及跨膜结构域;利用公开的转录组数据分析TaOSCA在小麦不同发育阶段不同器官/组织的表达谱;以小麦品种中国春为材料,进行PEG-6000模拟的渗透胁迫处理,用实时荧光定量PCR检测叶片TaOSCAs在渗透胁迫下表达模式。【结果】从小麦中鉴定到35个TaOSCA蛋白;TaOSCAs分为TaOSCAⅠ、TaOSCAⅡ、TaOSCAⅢ和TaOSCAⅣ 4个亚家族,分别有15,16,3和1个成员。基因结构分析结果表明,除TaOSCA4.1-4B外,其余TaOSCA均包含多个外显子。跨膜结构域分析结果表明,除TaOSCA2.3-4B有5个跨膜结构域（TMs）外,其余TaOSCA成员均包含8～11个TMs。TaOSCAs在小麦不同发育时期各器官中的表达结果表明,TaOSCA1.1-3B/3D、TaOSCA1.2-1A/1B/1D、TaOSCA1.3-1A、TaOSCA1.6-1A/1D和TaOSCA3.1-2B/2D在全生育期高水平表达,TaOSCA1.4-2A/2B/2D在不同发育阶段的根组织中均高表达,TaOSCA1.5-1B/1D在生殖生长期穗中高表达,TaOSCA1.6-1B、TaOSCA2.6-3B/3D在生殖生长期籽粒中高表达,表明这些基因可能在根、穗及籽粒发育过程中发挥重要功能。渗透胁迫处理下,TaOSCA2.4和TaOSCA4.1表达下调,TaOSCA2.5的表达无显著变化,TaOSCA1.1、TaOSCA1.2等11个TaOSCA基因表达上调,说明这11个基因可能在小麦苗期响应渗透胁迫中发挥作用。【结论】TaOSCA基因可能在小麦响应渗透胁迫的过程中发挥重要作用。     

森林草莓FvCAX基因家族的鉴定及生物学功能分析

CAXs是存在于植物细胞质膜或液泡膜上的多基因家族,能调控Ca2+的平衡,是重要的阳离子转运蛋白.因此,从全基因组水平确定森林草莓中CAX基因家族成员并通过数据库分析CAX家族成员的进化关系和基因结构、分析表达模式和顺式作用元件,可为研究森林草莓中CAX基因家族的功能奠定理论基础.首先获得拟南芥CAX的保守序列作为参考,通过TBtools软件比对得到森林草莓FvCAXs基因家族成员.利用数据库分析家族成员的染色体定位并进行命名,分析得到FvCAXs的理化性质、亚细胞定位、基因结构及保守结构域.比较FvCAXs基因在不同组织及同一组织不同发育时期的表达量并利用R软件对FvCAXs家族的基因表达模式进行可视化分析,通过植物顺式调控数据库分析FvCAXs启动子元件.森林草莓FvCAXs家族包含7个成员,编码427 ～ 543个氨基酸、分子量介于47.02 ～58.82 kDa,等电点介于4.90 ～ 5.81,且都为疏水性蛋白;大多数位于细胞质膜和液泡膜上,少部分位于叶绿体类囊体膜;进化上森林草莓与月季、苹果的CAX亲缘关系较近.森林草莓FvCAXs具有组织特异性表达特点:FvCAX1～3和FvCAX5在整个植株发育时期表达量较低,仅在花发育的部分时期有表达量;FvCAX6和FvCAX7在苗期、叶片、花的发育过程和种子的形成过程中表达量都有显著性增加.启动子分析表明,顺式作用元件主要有MYB、Dof (AAAG)、WRKY、W-box和MBS,表明FvCAXs基因家族成员的大多数基因能够参与外界的胁迫反应.     

双子叶植物VQ基因家族的全基因组鉴定与盐胁迫下的表达模式分析

VQ基因来自植物特有的VQ基因家族,因其在拟南芥的生长发育及胁迫调控中起关键作用而被广泛关注。目前,关于VQ基因家族在双子叶植物中的研究鲜有报道。利用生物信息学的方法,在全基因组水平上,系统地鉴定了拟南芥、番木瓜、葡萄和杨树4种双子叶模式植物的VQ基因家族成员,并从序列属性、进化机制和盐胁迫下基因表达水平等角度分析了VQ基因在物种内和物种间的特征。VQ基因的研究为进一步筛选具有重要性状的功能基因,同时对于物种的进化机制研究具有重要意义。     

芥蓝TCP家族全基因组鉴定及表达分析

为明确芥蓝TCP家族相关基因在叶片发育中的功能,基于甘蓝基因组数据,分析鉴定出芥蓝TCP基因家族有40个成员,参考拟南芥同源TCP基因注释及拟南芥数据库基因的相对表达量,初步选取BoTCP21和BoTCP25基因,采用qRT-PCR分析。结果表明：BoTCP21和BoTCP25均在叶片中大量表达,但二者在真叶不同部位的表达模式存在差异。为了进一明确TCP基因家族中参与叶片发育的基因,采用生物信息学方法并结合qRT-PCR对BoTCP家族进行了全面分析。结果显示：40个BoTCP都属于非分泌亲水性蛋白,分别定位在8条染色体上;系统进化树构建和亲缘关系分析将芥蓝中的BoTCP成员归为3类,其中PCF亚家族有19个成员,CYC亚家族8个成员,CIN亚家族13个成员。qRT-PCR结果表明：BoTCP21和BoTCP25在真叶和薹叶中具有较高的表达量,BoTCP14在开花结荚的植株根部表达量较高,而BoTCP16则在抽薹植株的根部表达量最高,说明BoTCP家族成员在组织部位表达存在时空特异性且广泛参与了植株的形态建成和器官发育。     

萝卜ALMT基因家族的鉴定与表达

为探究萝卜铝激活苹果酸转运蛋白(ALMT)家族成员对生物和非生物胁迫的响应,本研究通过生物信息学方法对萝卜ALMT家族成员进行鉴定,并利用转录组数据对其进行表达分析.结果显示,萝卜基因组中包含17个ALMT基因,分布于8条染色体.该家族成员外显子数量为5～7个,预测N-端含有5～6个跨膜结构,在染色体上的分布不均匀.萝...     

十字花科植物PIN3基因调控元件及表达分析

为探明十字花科不同物种PIN3基因的表达调控差异,从拟南芥(Arabidopsis thaliala)、红花荠菜(Capsella rubella)、白菜(Brassica rapa)、油菜(Brassica napus)和甘蓝(Brassica oleracea)等17个已完成基因组测序的十字花科物种基因组数据库中鉴定出18个PIN3同源基因。对这18个同源基因编码序列上游1 500bp启动子区域顺式作用元件进行预测及比对分析,结果发现,光响应、多种激素响应及胁迫响应等相关元件呈现出较大差异,其中生长素以及向地性响应相关元件具有较高的保守性。克隆普通荠菜PIN3同源基因(CbPIN3)并构建普通荠菜PIN3基因启动子的GUS报告系统CbPIN3pro::GUS转化拟南芥。与拟南芥基因表达数据库比较,荠菜启动子表达与拟南芥PIN3具有基本一致的组织表达模式,但也存在一定的组织差异,说明植株形态建成中生长素极性转运调控的差异。拟南芥和荠菜PIN3的表达差异是十字花科物种适应性进化模式的缩影。