香蕉TCP家族的全基因组鉴定及对低氮胁迫的响应

TCP(Teeosinte branchedⅠ,Cycloidea,Proliferating cell fatcors 1和2)是含有一个高度保守非典型的bHLH(basic-Helix-Loop-Helix)保守结构域的植物特有转录因子基因家族之一,参与调控植物生长发育和非生物胁迫响应等生理过程。为了探究香蕉(Musa acuminata)TCP基因家族对低氮胁迫的响应,本研究从全基因组的分布、蛋白质理化性质、保守结构域等生物信息学方面阐述了香蕉MaTCPs基因家族成员的基本特征,并且对香蕉叶片和根在低氮胁迫下的MaTCPs基因家族成员的表达模式进行了分析。结果表明,香蕉TCP转录因子家族共包含48个成员,可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两个亚家族,所有成员均定位于除Chr.09和chrUn_random以外的染色体上,且存在多个串联重复基因对。在低氮胁迫下,香蕉MaTCPs基因家族大部分基因表达量上调,且在不同的组织中表达模式不同。同一亚家族基因在根和叶中表现出一致的表达模式。这些结果表明Ma TCPs家族成员可能参与了香蕉对于低氮胁迫的响应。本研究将为香蕉低氮胁迫的机制研究和香蕉TCP转录因子家族的功能分析提供理论基础,为香蕉抗逆育种提供参考。     

甘薯AP2基因家族的生物信息学分析

AP2基因家族是与植物有关的转录因子家族,它广泛地参与到植物的多个生物学过程中,同时调控生物和非生物胁迫反应以及植物次生代谢产物合成。为了揭示甘薯AP2基因家族的生物学信息,利用生物信息学的方法鉴定了甘薯AP2基因家族的成员,并从理化性质、亚细胞定位、跨膜结构、二级结构、三级结构等九个方面对甘薯AP2基因家族成员进行了预测和分析。这些研究结果为进一步研究甘薯AP2基因家族成员的功能提供了参考依据,同时在生产实践中也具有一定的应用价值。     

森林草莓bZIP转录因子全基因组鉴定及在花药中的表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)转录因子主要参与植物的生长发育及响应生物和非生物胁迫应答等过程。通过草莓基因组数据库,鉴定分析森林草莓bZIP转录因子家族,并对该家族成员的蛋白质特征、基因组分布、以及基因表达进行分析。结果表明,森林草莓中至少存在52个bZIP基因家族成员,不均地分布在7条染色体上。根据蛋白质模体组成与蛋白质序列的分析将整个家族分为10个亚类。44个基因家族成员以4种表达模式参与雄蕊器官发育进程。研究结果表明,森林草莓bZIP基因家族结构高度保守,并参与花器官发育过程。试验结果将为在草莓中进一步研究该基因家族成员功能提供参考。     

陆地棉GRF基因家族的鉴定和生物信息学分析

为了揭示陆地棉生长调控因子(growth-regulating factors, GRF)家族的功能,本研究利用全基因组信息在陆地棉基因组中鉴定了 33个GRF蛋白,并对这些家族成员进行了保守结构域分析、蛋白的基本理化性质分析、进化分析、基因的结构分析、染色体定位、保守基序分析和组织表达模式分析。研究表明,陆地棉GRF均含有QLQ和WRC 2个保守结构域,系统进化分为4个亚家族,基因定位在19条染色体上,基因上有2~19个蛋白编码区域,大多数的基因在柱头、子房和20 d的种子中高量表达。本研究弄清了棉花GRF家族的基本信息,为进一步研究棉花GRF家族成员的功能提供了理论指导。     

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。     

水稻干扰素相关发育调节因子的生物信息学分析

干扰素相关发育调节因子(interferon-related developmental regulator factor, IFRD)在动物中有较深入研究,参与动物细胞发育和分化及多种疾病的发生,但是在植物中研究较少。为了挖掘植物IFRD基因的功能,本研究对禾本科模式作物水稻IFRD基因家族成员进行了系统的生物信息学分析。本研究鉴定得到5个水稻IFRD基因家族成员,分布在4条染色体上,根据进化树把它们分为2个亚家族,不同亚家族成员具有不同的基因组结构、蛋白质保守基序和表达模式。高温、盐胁迫处理后的转录组测序分析结果显示,该基因家族成员(OsIFRD3, OsIFRD4)对逆境的响应变化差异显著;蛋白质相互作用分析结果显示水稻IFRDs可能与mRNA可变剪接因子、甲硫氨酰t RNA合成酶、rRNA加工蛋白相互作用;启动子分析显示水稻IFRD启动子具有非生物胁迫和植物激素响应元件。综上表明水稻IFRD基因家族可能通过调控m RNA可变剪接和蛋白质的合成参与高温、盐胁迫逆境响应途径。本研究为深入解析水稻IFRD基因功能提供了重要信息。     

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。     

葡萄GRF基因家族的生物信息学分析

GRF (Growth-regulating factor)基因家族是一种广泛分布于种子植物的转录因子,在调节植物的生长、发育中发挥重要的作用。本研究从葡萄基因组鉴定出8个VvGRF基因,命名为VvGRF1～VvGRF8。采用生物信息学的方法,系统地对葡萄Vv GRF家族的蛋白理化性质、进化关系、保守基序及在不同发育时期的差异性表达进行预测和分析。结果表明,VvGRF基因内含子与外显子数量差异较小,在所有预测蛋白的N端含有两个典型的保守结构域QLQ与WRC;系统进化分析将GRF家族成员分为6组,其中葡萄与甜瓜的亲缘关系较拟南芥、番茄两种双子叶植物近;顺式作用元件表明,调控分生组织、胚、种子发育及生长素、赤霉素等信号传导和逆境胁迫响应元件,在VvGRFs启动子序列中大量存在;基因特异性表达分析显示,多数GRF基因在葡萄发育的花后2周、10周时期的表达丰富度高,在接近成熟时期的表达丰富度较低,表明GRF在葡萄生长、转色早期起着重要的作用,参与组织、器官的生长调节。本研究为进一步探究葡萄GRF基因家族的结构及生长发育时期的功能调节提供了参考依据。     

柑橘亲环蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析

亲环蛋白(CYP)基因家族是一类含有CLD保守结构域的蛋白质,参与多种生物过程,在蛋白质运输、受体信号转导、mRNA剪接、细胞凋亡及生物与非生物胁迫的应激反应中发挥重要作用。目前,已在多种植物中对亲环蛋白基因家族进行了鉴定和分析,但未见柑橘CYP基因家族筛选和鉴定的报道。本研究从美国柑橘和中国甜橙中分别筛选出30个和32个亲环蛋白基因家族成员,根据结构域的不同,将62个成员分成7个亚家族。进化分析结果表明,具有相似结构域的基因聚在一起,表明亲环蛋白基因家族可能在物种分化前已经分化。在美国柑橘和中国甜橙CYP中均含有2个基因簇并筛选出26对同源基因。这些CYP基因在不同的组织中表达谱不同,7种组织中表达量最高的基因可能与免疫抑制、蛋白质运输、根系的生长及光调控功能相关,表明这些亲环蛋白可能在生物过程中起重要作用,本研究结果为进一步研究柑橘基因功能和进化提供科学依据。     

森林草莓B-box基因家族全基因组序列鉴定与表达分析

植物B-box基因参与植物形态建成、花器官发育以及响应逆境胁迫过程中的多种生命活动的并具有重要作用,草莓是重要的经济果树作物,然而对草莓B-box家族了解较少。为了研究草莓B-box基因家族成员及其在花器官发育过程中的表达情况,本研究利用计算生物学的方法从全基因组水平鉴定森林草莓(Fragaria vesca)B-box基因家族成员,并对家族成员的蛋白质特征、基因组分布、内含子个数以及基因表达进行分析。结果表明,森林草莓中至少存在21个B-box基因家族成员,分布在6条染色体上,基因内含子个数1~5个。基于蛋白质模体组成与蛋白质序列的分析将整个家族分为五个亚家族。14个基因家族成员以5种表达模式参与雄蕊器官发育进程。研究结果表明:草莓B-box基因家族的5个亚家族经过模体复制和删除事件进化而来,并参与花器官发育过程。试验结果将为在草莓中进一步研究该基因家族成员功能提供参考。     

桃TCP转录因子家族的鉴定与分析

TCP基因家族是含有bHLH基序的植物特有转录因子,广泛参与植物的多种生物过程。为了解桃(Prunus persica)中TCP家族的成员和特征,本研究基于其全基因组组装及注释数据,首次在桃基因组中对TCP基因进行了系统鉴定,并进行了染色体定位、蛋白特征、基因结构、进化关系、启动子区域顺式元件分析。结果显示:桃基因组中共有20个TCP家族成员,在7条染色体上均有分布,其推导蛋白的长度、分子量和等电点差异较大。大部分TCP基因不含有内含子,基因结构较为简单。桃TCP基因家族含有植物TCP家族的所有类别,每一类别均含有保守的且能明显区别于其他类别的特征。TCP基因家族的启动子区域含大量光应答、激素响应等顺式作用元件,与该基因家族功能的多样性一致。本研究初步探索了桃基因组中TCP基因家族的特征,为后期该基因家族在桃中的功能验证提供了理论支撑。     

白菜GRF转录因子家族全基因组鉴定、进化及表达模式分析

生长调控因子是植物中一类重要的转录因子,在白菜的生长、发育过程发挥重要作用。本研究利用生物信息学技术对白菜全基因组中的GRFs进行鉴定与分析,利用生物信息学方法分析白菜基因组中的15个GRF转录因子的蛋白质理化性质、基因结构、保守基序等,进一步研究其系统进化和表达模式。结果表明,15个BraGRF蛋白长度为347～538 aa,分子量为37.99～60.83 kD;保守基序motif 1、motif 2、motif 3是GRF蛋白中最保守的基序,BraGRF02、BraGRF03、BraGRF04、BraGRF11和BraGRF13是15个白菜GRF家族中活跃度最低的成员。白菜、拟南芥和水稻的GRFs可分为4个亚类,且同属于双子叶植物的白菜和拟南芥GRF转录因子亲缘关系更近;GRF家族成员在角果和茎中表达水平较高,其中Bra000575 (BraGRF08)和Bra011781 (BraGRF09)这2个基因在茎组织中的表达活性最高。通过对白菜GRF基因家族的生物信息学分析,揭示了白菜GRF转录因子在进化中的特点以及不同组织的表达特性,为后续进一步了解白菜GRF功能验证提供依据。     

甘蓝型油菜BES1转录因子家族的鉴定及比较基因组学分析

BES1转录因子家族对调节植物的生长发育和逆境胁迫具有非常重要的作用。本研究在甘蓝型油菜基因组测序完成的基础上,对芸薹属作物BES1转录因子家族的进化及表达进行了系统深入研究。本研究在甘蓝型油菜、白菜、甘蓝和拟南芥全基因组中分别鉴定到29条、15条、14条和8条BES1转录因子。通过系统发育、基因结构和保守基序的分析,这些转录因子被分为三组,即Group A、Group B和Group C。在甘蓝型油菜与白菜、甘蓝和拟南芥间分别鉴定出30对、32对和23对直系同源基因。甘蓝型油菜中含有15对旁系同源BES1基因,显著的高于其它3个物种。大多数BES1基因在根和叶中都具有较高的表达水平,表明这些基因在甘蓝型油菜生长发育过程中起到重要的作用。本研究对进一步探索该家族调控植物的生长及逆境适应的分子机制奠定了基础,同时为其它基因家族的研究提供了指导。     

植物B3转录因子的结构和功能

B3基因家族是植物所特有的,在植物中广泛存在的大转录因子家族。B3家族含有B3-DNA结合结构域,通过结合特异性DNA序列而在植物生长发育中起重要调控作用。晶体结构分析显示B3-DNA结构域和Eco RII(Eco RII-N)以及Bfi I限制性酶切位点(Bfi I-C)具有相同的蛋白质折叠特性。根据结构特征和功能可将B3家族分为5个亚家族:ARF家族、ABI3家族、HIS家族、RAV和REM亚家族,这些基因家族在调控植物的生长发育、器官形态建成、花芽分化以及应答多种逆境胁迫中发挥重要作用。本研究综述了B3基因家族的结构特征和5个亚家族的主要功能作用,为深入研究该基因家族提供一定参考。     

毛竹CCT基因家族成员的鉴定及表达分析

CCT基因家族广泛参与植物昼夜节律、开花、作物产量及胁迫等多种生长过程,对植物的生长发育和形态建成有着重要的影响。目前毛竹CCT基因尚未被发掘研究,本研究利用生物信息学方法对毛竹CCT基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、进化关系、保守结构域、基因结构、顺式作用元件以及不同光处理下的表达模式进行了分析。结果表明：毛竹基因组中共有37个CCT家族成员,这些家族成员间基因长度存在着一定的差异,所编码的CCT蛋白大多属于不稳定的亲水性蛋白;家族成员在进化过程中CCT基因的长度逐渐变短,外显子数量变少,基因结构差异较大;家族成员含有多种保守结构域,处于同一亚家族成员的保守结构域基本类似;毛竹CCT家族成员含有多种不同的顺式作用元件,如光响应元件、脱落酸响应元件等,基本所有的基因都含有光响应元件,且这些基因在不同光质下的表达量存在着明显的差别。本研究结果为毛竹CCT家族基因在毛竹开花和遗传改良等方面提供一定的理论依据和参考。     

茄科植物Ca~(2+)-ATPase基因家族鉴定及分析

Ca~(2+)是响应发育和环境信号的重要信使,Ca~(2+)-ATPase对植物生长发育和抗逆功能具有重要的作用。本研究以茄科植物栽培番茄、潘那利番茄、马铃薯、烟草和辣椒的Ca~(2+)-ATPase为研究对象,鉴定了五个茄科植物共87个Ca~(2+)-ATPase基因家族成员,基因家族成员在茄科植物进化的过程中数量发生明显变化,但成员数与基因组大小和进化没有线性变化关系,同一物种的基因家族成员分布在多条染色体上。该基因家族中有许多成员具有与生长发育相关和抗逆功能相关的顺式作用元件,与抗逆功能相关的顺式作用元件主要存在于ACA亚家族。在番茄中,SLyACA1在冷胁迫和盐胁迫的逆境条件下均表达效果强烈、上调变化明显,SLyACA5和SLyACA6也在两种逆境条件下都产生表达变化,说明这三个基因特别是SLyACA1基因和冷胁迫和盐胁迫相关。本研究为阐明Ca~(2+)-ATPase基因家族在茄科物种中的进化及其功能提供了理论依据。     

黄瓜SUN家族的鉴定及其对逆境的响应

黄瓜(Cucumis sativus L.)是中国主要蔬菜作物之一,具有很高的经济价值。植物特有的IQ67结构域蛋白(SUN)家族成员是钙传感器的下游靶标,能够参与植物发育和基础防御反应。本研究通过黄瓜基因组新组装版本(v3.0),对黄瓜SUN基因家族成员进行了全基因组的鉴定和分析。结果表明,黄瓜SUN基因家族包含29个成员,编码的蛋白均含有保守的IQ67结构域。黄瓜SUN家族成员基因启动子区域含有多个响应激素和胁迫反应的顺式作用元件,通过分析公共已发表的转录组数据,本研究发现SUN家族基因可能在黄瓜果实生长发育及生物和非生物胁迫中起重要作用。研究结果为进一步了解SUN家族基因的功能提供了一定基础。     

小麦及其祖先物种GRF转录因子家族鉴定与表达分析

生长调控因子(growth-regulating factor, GRF)在植物的生长发育、逆境响应和激素信号转导中起着重要的调控作用。系统分析小麦及其祖先物种GRF转录因子家族成员在基因组上的分布、结构、进化以及表达特性,对于深入研究GRF家族的生物学功能和小麦的进化具有重要的意义。本研究利用生物信息学方法,对乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦5个物种的GRF成员进行全基因组鉴定,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、启动子顺式作用元件以及表达特性进行了分析。结果表明,乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦中分别有15、12、19、29和53个GRF成员,通过种间共线性分析发现,TtGRFs分别有18个和29个成员与TuGRFs和AesGRFs具有共线性, TaGRFs分别有36个和37个成员与TtGRFs和AetGRFs具有共线性。启动子顺式作用元件预测发现GRF基因具有基本的转录元件以及一些与生长发育和逆境响应的结合元件。RT-qPCR分析表明,多数GRF基因在外源IAA、GA和干旱胁迫条件下呈上调表达趋势,而在高温胁迫条...     

菊花AP2/ERF家族全基因组分析

作为植物的转录因子家族之一,AP2/ERF基因家族在植物的发育调控、激素响应以及调控植物应对各种胁迫的生命过程中发挥关键作用。本研究基于菊花脑(Chrysanthemum nankingense)基因组,筛选到菊花AP2/ERF基因家族,并对该家族的成员进行基因与蛋白结构、蛋白理化性质、保守基序、启动子顺式元件、组织和胁迫条件下的表达特征等进行了相关分析。此外,结合现有的公共数据库的60个菊花转录组测序数据,通过WGCNA分析对该基因家族成员进行了初步的功能分类。研究结果表明：菊花AP2/ERF基因家族共筛选229个成员,分别将其命名为CnAP2001～CnAP2229。系统进化分析发现菊花AP2/ERF家族成员属于4个亚家族(AP2, ERF, DREB, RAV)以及3个Soloist (未分类)序列。通过WGCNA的方法,将筛选的39 508个表达的基因划分为36个模块。分析发现有31个AP2/ERF家族成员在花发育相关的7个模块,20个成员在胁迫相关的3个模块。综上所述,AP2/ERF家族成员在菊花花发育过程以及非生物胁迫过程中发挥着重要功能,本研究为菊花分子育种提供了新的思路...     

甘蓝型油菜铵转运蛋白基因家族成员的鉴定与表达分析

了解异源四倍体甘蓝型油菜中AMT基因家族的功能,为进一步克隆和利用基因改良甘蓝型油菜的氮素利用效率和铵毒抗性提供一定的理论基础。利用生物信息学的方法鉴定出20个BnaAMTs基因,其中14个为AMT1亚家族成员,6个为AMT2亚家族成员,它们不均匀地分布在油菜的12条染色体上。进化与保守基序分析结果表明,BnaAMTs蛋白亚家族内的蛋白质序列保守性较高,但亚家族之间的差异较大。BnaAMTs基因在油菜不同组织中的表达谱显示,该基因家族表达具有组织特异性。利用转录组测序结果分析发现,根部在供应高浓度的铵态氮和硝态氮时,BnaA7.AMT1;3表达量最高;在硝态氮缺乏条件下,BnaA5.AMT1;1表达量最高;在上述几种处理下,BnaC6.AMT1;1都是地上部表达量最高的拷贝。在缺硼或缺磷条件下,油菜BnaAMTs基因整体呈现表达上升的趋势;但在盐胁迫条件下,表达量下降;镉胁迫对BnaAMTs基因的表达影响较小。这些基因可能在铵态氮与其他必需营养元素的互作、镉胁迫、盐胁迫等逆境响应中发挥一定的作用;并为进一步深入解析甘蓝型油菜AMT家族基因的分子功能奠定了基础。