黄麻全基因组SSR鉴定与特征分析

黄麻是世界上重要的天然韧皮部纤维作物之一。然而, SSR标记的缺乏限制了黄麻的遗传改良。本研究从圆果种黄麻测序品种CVL-1的基因组、基因、CDS和cDNA中挖掘SSR信息,利用SSR Primer软件查找SSR位点,并分析其分布特征。结果表明,基于基因组序列共开发了153,242个基因组SSR,平均密度为467.20个SSRMb~(–1);基于cDNA序列开发了10,747个SSR,平均密度为260.85 SSR Mb~(–1)。大部分重复基元为二至四核苷酸,占76.91%,其中cDNA序列SSR中三核苷酸重复基元数量较多而基因组SSR中二核苷酸重复基元数量较多。对于不同类型的SSR重复基元,随着重复单元数量的增加,其基因组和cDNA的SSR分布频率呈现逐步降低特征。黄麻全基因组SSR标记鉴定,不仅可以丰富黄麻分子标记的数量,而且为剖析黄麻重要农艺性状的遗传机制奠定基础。     

水稻长链脂肪醇氧化酶基因OsFAO结构分析及其进化研究

我们通过多年来的研究已证实在高等植物中也存在编码类似于工业酵母中长链脂肪醇氧化酶(FAO)的基因.本文对单子叶植物水稻FAO基因的结构、起源和进化进行了分析.利用拟南芥中FAO蛋白的氨基酸序列对水稻基因组进行tblastn及blastp搜索,结果显示在水稻基因组中存在4个FAO基因,1个位于2号染色体,命名为OsFAO1;另外3个在10号染色体上,分别命名为OsFAO2、OsFAO3和OsFAO4.其中位于2号染色体上的OsFAO1,基因由3个外显子和2个内含子组成;10号染色体上的3个FAO基因中,OsFAO3和OsFAO4为2个外显子和1个内含子组成,OsFAO2是由4个外显子和3个内含子组成.序列预测结果显示,OsFAO1编码跨膜蛋白的可能性更大.我们进一步对已知序列的各类原核(874种)和各类真核(包括20种真菌)的基因组进行了分析,发现FAO基因主要存在于真菌和陆生植物基因组中,而不存在于原核和藻类的基因组中.对陆生植物基因组中的FAO基因的分析结果表明水稻中OsFAO1基因序列相对原始.     

黄芩叶绿体基因组重复序列及密码子偏好性分析

本研究应用REPuter、MISA和Codon W软件对黄芩叶绿体全基因组进行重复序列及密码子偏好性分析,统计了重复序列的数量及分布情况并计算了RSCU、氨基酸使用频率、ENC、GC3s以及GC总含量等一系列数值,确定了最优密码子。结果显示,黄芩叶绿体基因组重复序列多以正向重复(F)和回文重复(P)为主,且大多分布于LSC区;还检测到43个SSR大多分布于基因间隔区(IGS),单碱基重复序列最多占65.12%;由RSCU值及GC含量分析确定以UCU、UCA、AGU等31个密码子为最优密码子,几乎均以A/T结尾,使用频率最高的氨基酸是亮氨酸,最低的是半胱氨酸,ENC值为50.52,表明密码子偏好性较弱。研究结果为黄芩的分子标记的筛选提供了基础信息,并在其分子改造和遗传转化方面具有重要指导意义。     

禾本科V-ATPase基因家族与全基因组加倍关联的适应性进化分析

V-ATPase在植物适应逆境中起着非常重要的作用,本研究以重要模式植物拟南芥V-ATPase相关基因为目标序列,通过在6个禾本科植物(水稻,大麦,玉米,高粱,谷子和二穗短柄草)基因组中进行比较分析,揭示该基因家族扩增机制和适应性进化进行研究。分析发现,七个不同的植物基因组虽然经历了不同全基因组加倍,其中谷子与玉米加倍关联的基因数量最多,但V-ATPase基因数量在每个基因组非常相近,尤其是禾本科中玉米相对其它物种多一次单独的特异性加倍,然而这一基因家族数量并未增加,这表明全基因组加倍虽然在一定程度上使得家族基因扩增,但是基因丢失可能也维持了该基因组的剂量;对七个基因组中的161个V-ATPase基因进行motif分类确定,不同物种基因组中的motif结构不同,拟南芥和水稻中c-亚基相关的基因数量最多;系统发育分析发现,拟南芥基因和水稻基因进化相对较快,并且在拟南芥中这一基因家族有3个基因簇,它们与基因的串联重复加倍有关联;适应性进化分析揭示B-亚基相关的基因在进化过程中受正选择压力影响进化。     

‘京红久’忍冬叶绿体基因组微卫星序列特征分析

‘京红久’忍冬(Lonicera×heckrottii’Gold Flame’)是一种极具观赏价值的优良藤本,被誉为“最帅的攀援植物”。本研究利用前期测定的‘京红久’忍冬叶绿体基因组序列结果,应用生物信息学软件对其微卫星的分布特征进行了全面分析。结果发现：‘京红久’忍冬叶绿体基因组共有168个微卫星位点,相对丰度和相对密度分别为1 080.82 loci/Mb和10 280.69 loci/Mb,主要分布于大单拷贝区(large single copy regions, LSC)。在微卫星的碱基组成中,以单碱基微卫星为主(占总数的63.10%),其次是三碱基微卫星(占总数的29.17%),二碱基微卫星的数量最少(占总数的2.98%),未检测到五碱基重复序列和六碱基重复序列。同时,以A/T重复为主,占单碱基微卫星的61.90%。在微卫星重复次数中,单碱基微卫星位点序列的重复次数集中在8～17之间,三碱基微卫星的重复次数分布在4～5之间。相关性分析结果表明,微卫星重复序列的数量与长度、相对丰度和相对密度呈极显著正相关。不同物种的叶绿体基因组微卫星重复类型相差较大。本研究结果为‘京红久’忍冬...     

杨树特有基因的鉴定和特征分析

杨树(Populus L.)是世界上分布最广、适应性最强的树种之一,其天然种众多,长期被作为造林树种广泛应用。物种特有基因的全基因组分析对探明物种在长期进化过程中的适应性进化机制及筛选重要功能性状的基因具有重要意义。本试验通过序列同源性比对的方法,在杨树基因组中鉴定了物种特有基因。在此基础上,统计了杨树特有基因在染色体分布、长度、外显子个数等方面的序列结构特征,并分析了杨树特有基因的功能和扩增机制。与杨树全基因组序列比较后发现,杨树特有基因具有序列长度短、内含子个数少等特点。功能预测的结果表明,杨树特有基因显著富集于翻译和能量代谢的功能中。在进化研究中,鉴定出91.76%的杨树特有基因在共线性区域中,表明杨树特有基因可能是通过全基因组复制产生的。本研究工作深入挖掘了物种特有基因在序列特征、功能和进化上的规律,为探明杨树适应性进化的分子机制提供理论指导。     

棉花肉桂醇脱氢酶基因GhCAD6的克隆及正义、反义与RNAi干扰载体的构建

肉桂醇脱氢酶(CAD)催化木质素单体合成的最后一步反应,将肉桂醛还原生成相应的肉桂醇.采用PCR方法从棉花中克隆了GhCAD6基因1 569 bp的基因组序列,序列分析表明GhCAD6基因由5个外显子和4个内含子组成.为了研究GhCAD6基因的功能,构建由棉纤维组织特异性启动子E6驱动的GhCAD6基因正义、反义表达载体;同时克隆了GhCAD6基因的一段417 bp高度保守的NBD区序列,构建了GhCAD6基因的RNAi干扰载体,并将上述载体转入农杆菌菌株LBA4404中.为通过转基因技术深入研究GhCAD6基因在棉纤维发育和木质素代谢途径中的作用创造条件.     

甘蔗割手密种PIN基因家族的鉴定与表达分析

PIN (PIN-FORMED)作为生长素输出载体,在生长素极性运输过程中起重要作用,但是目前在甘蔗中还没有相关研究。本研究结合甘蔗割手密种基因组数据、非生物胁迫和生物胁迫下的甘蔗栽培种转录组数据,通过生物信息学分析技术,对甘蔗割手密种PIN基因进行了基因家族鉴定、基因结构及功能分析。分析结果表明,甘蔗割手密种中共有22个SsPIN基因,其中包括15对串联重复基因,启动子包含16类顺式元件,外显子和内含子数目差别明显,分布于14条染色体。SsPINs氨基酸长度在305～791之间,其编码蛋白质分子量在33.20～84.62 kD之间,跨膜结构数目在4～17之间,具有保守基序2,绝大多数属于稳定的碱性蛋白。SsPIN基因家族成员响应低氮、高粱花叶病毒和黑穗病菌胁迫,推测生长素和非生物胁迫及生物胁迫信号通路间存在交叉。本研究为揭示PIN基因在甘蔗逆境适应中的生物学作用奠定了基础,为未来抗性品种开发和选择提供依据。     

茶树‘云抗10号’全基因组SSR信息分析及4CL基因引物开发

SSR标记是一种广泛应用的分子标记技术,在茶树的研究中发挥了重要的作用。本研究运用生物信息学及统计学的方法,对已成功绘制了高质量基因组图谱的‘云抗10号’茶树全基因组进行分析,获得428 654个具有引物片段的SSR标记。通过对这些SSR区段进行分析,发现不同碱基数目的重复单元之间具有较大的差异:含有二核苷酸的重复单元最多,占总数的54.04%;其次为三核苷酸重复单元,占总数的31.52%。经比较,在茶树与可可的基因组SSR中,二核苷酸SSR重复单元数量最少的都是CG/GC基元;三核苷酸SSR重复单元中数量较少的都有CCG/CGC/GCC基元类型;四核苷酸SSR重复单元最多的都是AAAT/TTTA基元。为进一步研究及验证所设计SSR引物的有效性及多态性,对茶树酚类合成途径中关键酶4-香豆酸乙酰连接酶(4CL)进行SSR引物开发并进行生物信息学分析,获得17对引物。其中13对SSR引物扩增的区域有分布在基因间区,2对在内含子区及2对在5'上游非翻译区。挑选其中的6对引物进行多态性的研究,发现位于内含子区的2对引物具有多态性,其它不表现。在茶树全基因组中大规模开发SSR标记,将为茶树的进化、分类和育种研究提供参考。     

毛竹全长LTR逆转座子的鉴定和进化分析

转座子和逆转座子的大量插入,是高等植物基因组进化的重要动力。作为植物基因组研究热点的禾本科植物之一,毛竹基因组大小约为2 Gb,60%为重复序列,长末端重复序列型逆转座子(LTR逆转座子)则占全部重复序列的一半以上,然而目前对毛竹基因组中LTR逆转座子及进化情况知之甚少。本研究利用已发表的毛竹基因组序列,首次通过大数据筛查预测获得9436个平均长度10.3 kb的全长LTR逆转座子。通过分析,我们估算出毛竹LTR逆转座子插入基因组的时间主要分布于200~500万年前,晚于毛竹基因组四倍化的时间。研究还发现了29个位于全长LTR逆转座子内部、有转录组序列支持的蛋白编码基因,这些毛竹基因均不符合所在基因组区段的毛竹-水稻基因共线性关系,且位于LTR逆转座子内部的基因与存在于染色体其他位置的同源基因在表达模式上有着较大差异。本研究首次尝试从LTR逆转座子的角度探索毛竹基因的进化历程,也为今后的植物基因组研究提供了重要的基础数据。     

棉花TCP家族转录因子基因GhTCP1的克隆与表达分析

通过比对拟南芥、金鱼草、水稻和玉米等植物中已知TCP家族转录因子的氨基酸序列,根据保守区设计兼并引物,以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)品种新陆早13号的DNA为模板,获得棉花转录因子基因GhTCP1的中间保守区序列。根据该段序列设计特异性引物,采用5'和3'RACE技术获得了全长cDNA序列,编码397个氨基酸。基因组DNA序列分析表明,GhTCP1基因含有一个内含子。棉花GhTCP1蛋白与其它植物中的TCP家族转录因子有较高的相似性,证明该基因在进化过程中是相当保守的。半定量RT-PCR表达分析结果显示,该基因在棉花的侧芽中特异表达。     

亚麻荠NBS类抗病基因家族的鉴定与分析

NBS类抗病基因是植物中最大的一类抗病基因。亚麻荠是一种新型能源及特用油料作物,抗病、虫、杂草及逆境能力极强。然而,有关其抗性分子机理鲜有报道。本研究采用NB-ARC标准结构域的HMM模型,对亚麻荠本地蛋白质数据库进行检索分析,在全基因组水平上鉴定NBS类抗病基因。结果表明亚麻荠基因组共有472个NBS类抗病基因,分布于17条染色体上,56%的基因成簇分布。所有串联重复基因也都以基因簇的形式出现,这表明串联重复有利于基因簇的形成。系统发生树分析显示TIR-NBS-LRR(TNL)和CC-NBS-LRR(CNL)两类亚家族的抗病基因可能在进化过程中遵循不同的进化路径,导致其在应对病原菌侵染时发挥不同的功能。本研究发现将为鉴定新的植物抗病基因和解析亚麻荠高抗病机制提供科学参考。     

鹅A-FABP基因内含子Ⅰ序列的分析研究

为了探讨鹅脂肪型脂肪酸结合蛋白(Adipocyte Fatty Acid-Binding Protein,A-FABP)基因内含子Ⅰ的序列长度、多态性及与其他物种的同源性。根据鹅A-FABP mRNA(AF472610)和鸡A-FABP基因组序列(AY675941)设计1对引物,扩增鹅A-FABP基因内含子Ⅰ序列;利用PCR-SSCP技术和序列比对,开展鹅A-FABP基因内含子Ⅰ的多态性研究。结果表明：鹅A-FABP基因内含子Ⅰ序列长为1473 bp,与其他12个物种序列比较,发现其与鸭的同源性达到94.42%,与鸡的同源性为81.82%。经SNPs检测发现,P2和P3扩增产物存在变异位点。遗传多态性分析表明,A、B两个等位基因的基因频率分别为0.597和0.403,多态信息含量(PIC)是0.365,基因型分布未偏离Hardy-Weinberg平衡状态(χ2＝0.020,P>0.05);D、E两个等位基因的基因频率分别为0.483和0.517,PIC是0.375,基因型分布偏离Hardy-Weinberg平衡状态(χ2＝6.782,0.01     

甜瓜MADS-box基因家族的鉴定及系统进化分析

中国是甜瓜的主要生产国家，种植面积和产量都位于世界首位。本研究通过全基因组分析鉴定了甜瓜MADS-box基因家族成员，分析甜瓜MADS-box基因家族成员的染色体定位、多重序列比对、motif分布和外显子-内含子结构分布，以及对其成员进行进化及表达分析，并分析启动子区的顺式作用元件分布。结果显示，从甜瓜全基因组数据库中共鉴定了45个甜瓜MADS-box基因，其中Ⅰ型基因11个，Ⅱ型基因34个；通过系统发育分析，Ⅰ型基因主要分布于Mβ和Mγ亚家族中；Ⅱ型基因则分布于13个亚家族；Ⅰ型基因与Ⅱ型基因的motif分布和外显子个数区别明显，但同型基因区别不大；对CmMADS-box基因家族全生理期表达量进行可视化分析并进行了共线性分析；根据启动子区的顺式作用元件分布情况，推测CmMADS-box基因可能响应多种外界胁迫，即具有功能多样性。该研究结果为探究甜瓜MADS-box基因家族生物学功能提供参考。     

栽培四倍体棉种及其二倍体祖先种的Histone3 基因片段序列分析

组蛋白是植物基因组的重要组成部分。根据Genebank中登录的Histone3基因的全长cD NA序列,设计PCR引物,进行了异源四倍体栽培陆地棉、海岛棉及其二倍体祖先种非洲棉和雷蒙德氏棉中Histone3基因片段序列分析。不同物种中获得的基因片段分别由2个内含子、部分外显子区和3'端非翻译区组成。共存在77个单核苷酸多态性位点,其中外显子区9个,内含子Ⅰ区22个,内含子Ⅱ区21个,3'端非翻译区25个。外显子的SNP变化不影响Histone3基因的转录和翻译。分子聚类结果表明,不同物种A、D基因组的序列定向进化同源性明显,其中AvsD序列相似性为91.6%,AvsATB序列相似性为95.8%,AvsATH序列相似性为95.2%,DvsDTB序列相似性为98.5%,DvsDTH序列相似性为98.0%。A、D染色体组基因序列部分同源性分析表明,陆地棉中ATHvsDTH序列相似性为91.0%,海岛棉中ATBvsDTB序列相似性为92.5%。聚类结果再现了A、D基因组多倍体化后其基因序列与二倍体祖先种平行演化的特点以及A、D染色体组间进化速率在四倍体棉种中与二倍体祖先种中表现的一致性。本文也讨论了基因序列在不同物种中的相似性比较不仅是研究进化的有效方法,也可用于发现基因在不同物种中SNP序列及应用前景。     

芸香科植物叶绿体基因组结构和系统发育分析

本研究对已公布的芸香科12属43个物种叶绿体全基因组序列的结构特征进行了比较分析。芸香科叶绿体基因组大小为157～161 kb,基因数目为119～138,蛋白质编码基因数目为83～92。蛋白质编码基因中,11个为重复基因,共有基因为79个,13个基因存在不同程度的丢失。长度≥200 bp的蛋白质编码共有基因中,变异率最高的5个基因依次为ndhA、clpP、matK、rps16和rpl16。重复序列分析结果表明,最主要的重复序列类型为串联重复和回文重复,山小橘属2个物种的重复序列显著多于其他物种。大部分SSR (Simple sequence repeats)位点都偏向于A或者T组成,柑橘属中以三核苷酸重复最多,花椒属中主要为二核苷酸重复(单核苷酸重复除外)。基于基因组序列和蛋白质编码基因,均得到支持率高,拓扑结构基本一致的系统发育树结果。芸香科为单系类群,科下形成两个大分支,其中柑橘亚科为单系和芸香属形成一支;另一大支中,香肉果属是最早分化出来的类群,黄檗属+吴茱萸属为花椒属的姐妹群。本研究结果有助于更好的了解芸香科物种的系统进化。     

黑白轮枝菌基因组中微卫星的频率和分布

为了明确重要植物病原真菌黑白轮枝菌基因组中的徽卫星(SSR)分布情况,利用软件SciRoKo从已测序的VaMsl02菌株基因组(32.8 Mb)中,成功搜索得到4224个SSR.结果显示,三碱基重复徽卫星的数量最多,为1481个,占SSR总数的35.1％;其次是二碱基、六碱基、四碱基和五碱基;单碱基重复的微卫星数量最少,为308个,仅占总数的7.3％.不同重复单元的徽卫星在黑白轮枝菌基因组中的分布是非随机的,具有明显的偏好性.单碱基、二碱基、四碱基和五碱基偏爱出现于非编码区,尤其是基因间区.三碱基和六碱基重复微卫星较为集中分布在外显子区,并且重复次数变化丰富,推断黑白轮枝菌编码区的SSR可能会通过调节自身的重复次数来适应新环境.     

菜豆TIFY基因的全基因组鉴定与系统进化分析

TIFY蛋白是植物特异性转录因子,在植物生长、发育和基因调控中具有重要作用。尽管部分菜豆TIFY基因被鉴定与研究,但从基因组水平剖析TIFY基因家族的研究未见报道。结合基因组和转录组学数据,本研究系统剖析了菜豆TIFY基因家族的序列、选择、表达及进化特征。结果显示:18个PvTIFY基因散落分布在9条染色体上,共线性鉴定出6对片段重复基因和1对串联重复基因,同时这些基因被分为6大类群;序列分析表明,菜豆TIFY基因有12种基因结构模式,但有5种保守基序组成模式,这说明保守基序模式更保守;选择压力检测显示,同源基因对均受到负选择作用,显示较高的保守性;表达分析揭示了菜豆TIFY家族基因具有多样化的表达模式,其中同源基因对表达模式发生趋异现象。这些结果为深入研究菜豆TIFY蛋白的生理功能提供了参考。     

巴西橡胶树HbMago3的克隆和表达分析

为了在基因组水平鉴定和分析巴西橡胶树中Mago基因家族的数量、结构和功能,本研究对巴西橡胶树Mago基因家族的数量、基因结构、染色体分布和蛋白特性进行了系统鉴定和分析;进一步克隆鉴定新的Mago基因,分析其组织表达水平和对激素(茉莉酸和乙烯)的响应。本研究从reyan7-33-97中鉴定了4个Mago基因,分别命名为HbMago1、HbMago2、HbMago3和HbMago4。HbMago2和HbMago3的可变剪切事件发生在第二个外显子,CDS存在66个碱基的差异,导致蛋白短了22个氨基酸、等电点低0.35;HbMago4可变剪切事件发生在5端的非翻译区,CDS和蛋白序列无差异。4个基因序列均包含3个外显子,HbMago1、HbMago2和HbMago4含有2个内含子,HbMago3含有3个外显子。4个基因序列分布在两条scaffold(NW-018745965.1和NW-018746420.1)上的4个位点。进化分析结果表明4个基因聚类在同一个进化枝条上,为单进化起源;橡胶树在进化过程中获得3个Mago基因而丢失1个基因。克隆了HbMago3,半定量结果表明HbMago3在根、胚...     

棉花GhCAD1基因结构及表达分析

根据棉花GhCAD1基因的cDNA序列设计引物,采用PCR技术从棉花中克隆了GhCAD1基因的DNA序列,采用半定量RT-PCR方法研究GhCAD1基因在不同组织中的表达.结果表明:chCAD1编码区DNA序列长度为2 898bp,包含5个外显子和4个内含子.分析发现这些内含子富含AT,在第1内含子中发现一个SBF-1...