蒺藜苜蓿全基因组发育调控重要基因WOX家族的鉴定和生物信息学分析

在拟南芥中的研究显示,WOX蛋白调节植物的关键发育,在植物发育中起着广泛作用。我们应用多种生物信息学手段,从蒺藜苜蓿全基因组中筛选、鉴定了WOX家族成员,并进行基本特征、染色体定位、系统进化、表达特征等分析。蒺藜苜蓿基因组中共存在17个WOX基因,这些基因的分子量和等电点分布范围较广,但是有一定的聚集特征。绝大多数蒺藜苜蓿WOX基因都是小于300个氨基酸,等电点位于pH 5~7之间,但是有个别例外。与拟南芥WOX基因家族相同,蒺藜苜蓿WOX基因可分为3个系统进化分枝,分别是WUS,中间进化枝和古代进化枝。在蒺藜苜蓿4号和7号染色体上,有WOX基因聚集的位点。而且这两个WOX基因聚集位点上的基因具有较近的亲缘关系。Medtr4g084550.1和Medtr7g060630.1同属于WUS亚家族,聚集在一个进化分枝上。Medtr4g088070.1、Medtr4g088080.1和Medtr7g025010.1同属于中间进化枝,序列相似度同样非常高。蒺藜苜蓿WOX基因在各个器官中表达特异性非常高。根部和根尖中表达的WOX基因完全不同。外界胁迫处理,包括盐处理和根腐病菌侵染,会引起蒺藜苜蓿WOX基因表达的变化。     

拟南芥基因组 NBS-LRR类基因家族的生物信息学分析

【研究目的】对拟南芥（Arabidopsis thaliana）中含有核苷酸结合位点（Nucleotide binding site,NBS）和富含亮氨酸的重复序列（Leucine—rich repeat,ERR）类基因进行了分析。【方法】利用TAIR、Pfam网站,数据库和Chromosome Map Tool、MEGA3．0、ClustalX软件,分析确定NBS-LRR基因及其类型、染色体物理分布、系统发育学关系。【结果】在拟南芥全基因组中共有204个NBS—LRR类基因,大多位于1号和5号染色体上,其中71．6％的NBS—LRR类基因分布在基因簇内。对NBS—LRR类基因家族进行了氨基酸多序列比对和系统进化树分析,NBS-LRR类基因家族可分为四个亚家族。另外,NBS—LRR基因在进化过程中存在较多的复制现象。     

苹果SnRK2基因家族的鉴定和生物信息学分析

SnRK2（蔗糖非发酵1型相关蛋白激酶2）是植物特有的一类Ser/Thr 类蛋白激酶,参与植物体内多种信号途径的转导,在植物逆境生理过程中扮演了重要的角色。本文利用隐马可夫模型搜索和系统建树的方法,在苹果基因组中鉴定出了16个SnRK2基因家族成员,然后从系统发生、理化性质、二级结构、motif、C末端序列和EST等方面对其进行了预测和分析,并分析了苹果与拟南芥、水稻、玉米等的SnRK2基因家族之间的关系。结果表明,苹果中鉴定的基因与拟南芥、水稻、玉米所有的SnRK2蛋白一起分成了3个亚族。系统发生、motif和C末端序列分析表明,苹果SnRK2蛋白激酶家族具有较高的保守性。本研究为苹果SnRK2基因家族生物学功能的研究奠定了生物信息基础。     

石榴POD基因家族鉴定及生物信息学分析

为解析石榴POD基因家族的特征,本研究利用生物信息学技术对石榴POD基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、二级结构、亚细胞定位、系统进化关系和保守基序等进行了预测分析。结果表明,石榴中共鉴定出107个POD基因家族成员,其大部分为碱性蛋白、稳定蛋白和亲水性蛋白。蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲结构为主要构成元件。亚细胞定位表明POD蛋白主要分布在细胞质中。根据系统进化关系可分为11个亚族,每个亚族基因的数量不同,第5个亚族最多。聚在同一亚族POD蛋白的保守基序组成相似,其进化关系较近。研究结果为深入分析石榴POD基因的功能,揭示其调控石榴果实褐变的机理提供了科学依据。     

番茄RAV基因家族鉴定及生物信息学分析

RAV (Related to ABI3/VP1)基因是植物特有的转录因子,在调控胁迫响应和生长发育等过程中起着重要作用。为了明确番茄RAV基因家族成员并为其功能研究奠定基础,本研究在番茄全基因组范围内鉴定了RAV基因并对其进行系统的生物信息学分析。结果表明,番茄中有9个RAV家族基因,可以分为4个分支且同一分支内的基因结构和结构域相对保守。番茄、水稻和拟南芥RAV基因的同源进化关系、基因结构和保守基序分析结果表明,3个物种中的RAV基因的进化相对保守,预示着其功能的相似性。共线性分析结果表明,片段复制事件对番茄RAV基因家族的进化和扩张起着重要作用。与水稻RAV基因相比,番茄和拟南芥的RAV基因的进化关系更近。顺式作用元件分析表明,番茄RAV可能通过参与激素代谢参与逆境胁迫和生长发育等生物学过程。本研究结果揭示了番茄、拟南芥和水稻RAV基因的同源进化关系和番茄RAV基因的潜在功能,为进一步研究番茄RAV基因的生物学功能提供理论基础。     

白桦SAUR基因家族鉴定及生物信息学分析

SAUR基因家族作为植物生长素早期响应基因家族中最大的一个家族,参与到植物细胞伸长、果实发育、胁迫应答等多个生物学过程。本研究基于白桦全基因组数据,对白桦SAUR基因家族进行鉴定和生物信息学分析。结果表明,白桦共有61个SAUR家族基因,这些基因不均匀分布在14条染色体上,理化性质分析表明,大部分BpSAUR蛋白呈碱性,为不稳定蛋白,脂溶性系数较高,为亲水性;系统进化和基因结构分析表明,61个白桦SAUR基因被分为4类(GroupⅠ～GroupⅣ),其中GroupⅣ中BpSAUR基因最多,同一分类的BpSAUR基因更倾向于在染色体上聚集分布,大部分白桦SAUR家族基因为无内含子或少内含子基因。白桦SAUR家族基因启动子还拥有多个光响应、激素响应元件与逆境胁迫作用元件,说明其可能参与白桦生长发育及胁迫应答等多个生物学过程。该家族基因在白桦的不同组织部位和不同发育阶段的表达量也不同,主要在幼茎、成熟茎和成熟叶中集中表达。本研究通过对白桦SAUR基因家族进行深入分析,以期为白桦分子育种奠定良好基础。     

蒺藜苜蓿PEPC蛋白生物信息学分析及在碱胁迫中功能的预测

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)是一种广泛存在于自然界中的代谢酶,在高等植物中参与光合作用的碳固定、生物合成前体的供应、p H的调控等多种生物学过程。本研究通过生物信息学方法,识别、筛选、获得蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)PEPC(Mt PEPC)的氨基酸序列Medtr2g076670.2,并对与Medtr2g076670.2相似的25个豆科PEPC基因进行系统进化树分析。着重对4个Mt PEPCs和6个Gm PEPCs基因进行功能域分析、蛋白二级结构域预测及组织表达特异性分析,以推测蒺藜苜蓿PEPC基因的功能。结果表明,该10个基因分为两个Group分支,两个分支中存在不同的亚细胞定位信号,并且两个分支中大豆基因在地上和地下组织之间存在差异。通过蛋白相互作用的预测分析,PEPC蛋白可与苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase,MDH)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)及2个未知蛋白存在相互作用;在碱胁迫下,Gs PEPCs基因与苹果酸脱氢酶基因是共表达基因。可以推测,PEPC对碱胁迫的反应,可能是通过调节有机酸含量实现的。通过对Mt PEPC蛋白和Gm PEPC蛋白的生物信息学分析,获得了其相应的分子生物学特征,为PEPC蛋白在碱胁迫反应中的功能提供理论依据。     

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...     

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。     

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。     

番茄生长素响应因子基因家族的鉴定和生物信息学分析

ARFs (auxin response factors)是植物生长素信号感知和信号传导途径非常关键的转录因子,在植物发育、生物、非生物胁迫和生长趋向性的响应等方面起到极端重要的作用。对番茄全基因组ARFs基因家族成员进行筛选、鉴定和生物信息学分析,具有极其重要的意义。番茄基因组中共有22个ARFs基因。9个番茄ARFs基因由600～700个氨基酸编码,是番茄ARFs基因大小比较集中的区间。72.7%(16/22)的番茄ARFs基因等电点小于7,在pH 5.39～6.84的区间内。绝大多数番茄ARFs基因结构较为复杂,有数十个内含子。不过有一个番茄ARFs进化分枝,内含子较少。番茄和拟南芥ARFs全部基因的系统进化分析表明,番茄缺少拟南芥1号染色体上7个ARFs基因组成的一个进化分枝。番茄ARFs基因表达表现出显著的组织特异性和随发育阶段的变化。     

蒺藜苜蓿和天蓝苜蓿ARFs类转录因子的鉴定和特征分析

生长素应答因子(Auxin responsive factors)是植物内传导生长素信号、调控生长素响应的功能基因的表达过程中,起中心作用的重要转录因子,参与植物生长发育的各个方面的调控,包括组织分化、器官发生、顶端优势和根生成、趋向性等。我们利用豆科植物的模式作物,蒺藜苜蓿已有的全基因组序列数据,应用生物信息学的手段,对蒺藜苜蓿全基因组和天蓝苜蓿叶片转录组ARFs基因家族进行系统的分析和基因功能预测。共鉴定出34个完整的蒺藜苜蓿ARFs基因,其中27个基因有基因芯片的表达证据。天蓝苜蓿鉴定出11个完整的ARFs基因。染色体定位分析发现在蒺藜苜蓿第5染色体上聚集了6个基因结构和氨基酸序列均非常相似的ARFs。系统进化分析表明这6个基因在拟南芥中没有同源基因。拟南芥的部分ARFs在苜蓿中也没有同源基因。应用基因芯片数据进行基因表达分析表明蒺藜苜蓿的ARFs在不同器官特异性的表达。部分蒺藜苜蓿ARFs成员响应盐胁迫和菌根真菌侵染。Medtr8g100050不仅响应盐胁迫上调表达,菌根真菌侵染后也上调表达。     

小兰屿蝴蝶兰WRKY基因家族鉴定与生物信息学分析

WRKY转录因子家族参与高等植物生理过程,并在保护植物免受非生物胁迫方面起到至关重要的作用。本研究基于小兰屿蝴蝶兰(Phalaenopsis equestris)基因组数据库对小兰屿蝴蝶兰进行WRKY基因家族成员鉴定、进化关系、保守motif分析、基因结构、功能启动子元件和基因表达分析。结果表明,共鉴定出57个WRKY家族基因,分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ,分别有12、37和8个成员,GroupⅡ可进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe亚组。小兰屿蝴蝶兰WRKY基因家族成员氨基酸数量长度为76～565 aa,平均长度为270 aa,等电点为4.12～10.75。保守motif分析表明,各组成员的保守基序基本一致,但有6个PeWRKY的WRKYGQK结构域发生了变异,占小兰屿蝴蝶兰WRKY家族基因的10.5%。基因结构分析表明,PeWRKY家族基因包含1～6个内含子和2～7个外显子。功能启动子元件分析表明,在PeWRKY家族基因的启动子区域发现了大量与胁迫响应或植物激素相关的顺式作用元件。基因表达分析表明,55个PeWRKY至少在一个组织中表达。本研究利用生物信息学分析手...     

藜麦BADH基因家族鉴定及生物信息学分析

耐盐性是藜麦重要的优良特征之一,甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因是参与藜麦耐盐胁迫途径的关键酶。然而,关于藜麦BADH基因家族的研究却很少。本研究基于藜麦基因组数据库,进行藜麦BADH基因家族筛选及生物信息学分析。结果表明,藜麦共筛选到3个BADH基因成员,BADH蛋白氨基酸长度分别为500 aa和501 aa,蛋白分子量为54.47～54.80 kD,理论等电点为5.26～5.44,呈酸性,蛋白性质稳定,为疏水性蛋白;预测BADH蛋白亚细胞定位于叶绿体、线粒体和过氧物酶体,且无跨膜结构域,均属于ALDH-SF super family (醛脱氢酶超家族);基因结构分析表明,藜麦BADH基因家族均含有15个外显子和14个内含子,基因结构相似;系统进化分析表明,藜麦BADH与中亚滨藜、菠菜和籽粒苋同属一分支;启动子顺式作用元件分析显示,BADH基因启动子含有多个与光响应、植物激素、胁迫和植物生长相关的顺式作用元件。本研究通过生物信息学对藜麦BADH基因家族进行分析,为进一步研究BADH基因功能提供参考。     

高粱糖转运蛋白基因家族全基因组鉴定、分类及表达分析

糖转运蛋白(Sugar transporter protein,STP)基因家族在植物单糖分配中具有重要作用,并参与植物生长和发育过程中的许多代谢进程。为探究STP基因家族在高粱生长发育中的潜在功能,对高粱STP基因家族进行了全基因组鉴定、分类和组织表达分析。从高粱基因组中共鉴定出19个包含Sugar_tr结构域的STP基因,不均匀分布于9条染色体上,其中有4个基因位于基因组重复区。19个SbSTP根据其系统发育特征可以分为5组,同组的家族成员具有相同或类似的基序类型和排列顺序,但在内含子和外显子数量上存在较大差异。RNA-Seq数据分析显示,至少有18个SbSTP基因可以表达,不同的基因在不同的组织中具有不同的表达模式,其中SbSTP11特异性在花中表达,SbSTP4、SbSTP5在特定组织中受ABA和PEG的诱导表达。为进一步研究单个SbSTP基因的生物学功能,挖掘SbSTP家族的应用潜力奠定了基础。     

染井吉野樱PEBP基因家族鉴定及生物信息学分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine binding protein, PEBP)基因家族的氨基酸结构中存在保守的磷脂酰乙醇胺结合蛋白结构域,对调控植物开花起着至关重要的作用。本研究以染井吉野樱全基因组数据为基础,采用生物信息学方法鉴定出13个PEBP基因,依次命名为PYPEBP1～PYPEBP13,然后进一步分析了家族中各基因结构、理化性质,对PEBP蛋白的亚细胞定位、二级结构以及磷酸化位点进行预测,并构建系统发育树。结果表明,染井吉野樱的PEBP基因家族不同蛋白质序列的长度和特性都存在较大差异;13个染井吉野樱PEBP基因大部分成员含有4个外显子和3个内含子,motif 3、motif 4、motif 5和motif 6是染井吉野樱PEBP基因的特征基序;蛋白的亚细胞定位预测显示,这13个PEBP基因的蛋白分别位于细胞核与细胞质中;蛋白质二级结构分析显示,染井吉野樱PEBP基因的蛋白质二级结构十分相似,PYPEBP5和PYPEBP12蛋白结构中无规则卷曲占比最高,而β-转角比例最低;潜在的磷酸化位点预测分析表明,除PYPEBP3、PYPEBP7、...     

油棕Aux/IAA基因家族鉴定与生物信息学分析

Aux/IAA基因家族是植物激素生长素(Auxin)早期反应的三大家族之一,研究Aux/IAA基因家族有利于深入探讨生长素信号转导分子机制,而油棕Aux/IAA基因家族的全基因组分析尚无报道.本研究利用生物信息学方法在油棕中鉴定到55个Aux/IAA家族基因,染色体定位分析表明其中50个分布在油棕的除第5、第13、第1...     

毛竹KNOX基因家族全基因组鉴定和组织表达特异性分析

为了探究KNOX基因在竹子快速生长中的作用,本研究以毛竹(Phyllostachys edulis)为对象,通过同源比对从毛竹基因组中获得12条KNOX同源基因序列。序列分析表明,PeKNOXs的基因结构差异较大,内含子数目1～6个不等,且长度差异较大(30～3 801 bp),但都符合GT-AG剪切原则。PeKNOXs编码蛋白的长度为145～355 aa,分子量为92～130 k D。系统进化分析表明,毛竹PeKNOXs被聚类到2个较大的分支,分别属于Ⅰ、Ⅱ类KNOX亚家族,Ⅰ类中包含PeKNOX1-1～PeKNOX1-5,其中PeKNOX1-1与OSH71、PeKNOX1-2与OSH10、PeKNOX1-3与OSH15均聚类到一起,而PeKNOX1-4和PeKNOX1-5与OSH43聚类到较近的分支;Ⅱ类中包含PeKNOX2-1～PeKNOX2-7,其中PeKNOX2-1和PeKNOX2-2聚类到一个分支,与其它PeKNOXs距离较远,而且PeKNOXs与已知拟南芥的KNATs距离均较远。利用毛竹转录组数据构建热图进行分析,表明除了PeKNOX2-1外,其余PeKNOXs均检测到表达,但2个亚家族不同成员的表达均存在着一定的差异,如PeKNOX1-3的相对表达量最高,PeKNOX1-5的最低。实时定量PCR验证表明,PeKNOX1-3和PeKNOX1-5在不同组织中均有表达,其中在节中表达量最高,其次是茎,而在叶片和叶鞘中的表达量均较低,这与转录组数据相类似。由此表明,PeKNOXs可能在竹子生长发育中起重要调控作用,为进一步利用PeKNOXs开展竹子基因工程研究提供了参考。