辣椒4CL基因家族成员的鉴定与生物信息学分析

4-香豆酸：辅酶A连接酶(4-coumarate:CoA ligase, 4CL)基因家族调控植物木质素代谢、参与类黄酮和其他次生代谢产物合成。为了解辣椒Ca4CL基因家族的分子特性及生物学功能。本研究基于辣椒的全基因组测序结果鉴定4CL基因家族,并进行生物信息学分析。结果共鉴定获得8条辣椒4CL基因,不均匀的分布于基于3、7、11和12号染色体,其中Ca4CL06和Ca4CL08未锚定;辣椒Ca4CL的外显子数目在5～6之间,基序分析结果保守;分析顺式作用元件发现,在辣椒Ca4CLs上游2 000 bp序列中存在多个响应元件,包括光、Me-JA、厌氧诱导、低温等响应元件。辣椒4CL基因家族表达分析发现Ca4CL01在根、茎、叶、果皮(开花期后25 d,绿果期,转色期,转色10 d)、胎座(转色期,转色5 d,转色10 d)中均无表达,其余Ca4CLs表达具有较强组织特异性,Ca4CL04在叶、根、果皮等时期高表达。本研究为进一步分析Ca4CLs基因在生长发育、胁迫等条件下的功能和相应的信号转导途径提供了理论依据。     

春兰DUF3598家族CgDUF1基因的克隆与生物信息学分析

DUF3598是一类具有未知功能结构域的基因家族,在植物的生长发育和响应逆境胁迫中可能扮演重要角色,为了研究DUF3598蛋白对春兰的调控作用,初步探讨其生物学功能,本试验以春兰为实验材料,采用RT-PCR的方法,克隆获得一段长为1 245 bp的ORF序列,暂命名为CgDUF1,并进行生物信息学预测分析。结果表明,CgDUF1基因共编码20种氨基酸,无信号肽和跨膜结构域,属于非分泌性的亲水蛋白,预测该蛋白主要定位于叶绿体中。系统发育分析表明,CgDUF1蛋白与拟南芥DUF3598蛋白：A0A384KT89的亲缘关系最近。高级结构预测表明CgDUF1蛋白由3种二级结构组成,其中无规则卷曲占比最高,为54.59%。本研究为春兰DUF3598基因家族的生物学功能的研究提供了依据。     

高粱WRKY家族成员鉴定及生物信息学分析

WRKY转录因子是调控植物生长发育的重要转录因子,本研究利用高粱基因组数据库(v3.1.1),通过生物信息学分析鉴定出97个高粱WRKY基因家族成员,其CDS序列长度为423～4 965 bp,编码氨基酸长度为141～1 655 aa。染色体定位发现97个基因不均匀地分布于10条染色体上,其中3号染色体上数目最多,有23个WRKY基因,6号染色体最少,只有5个WRKY基因。根据WRKY保守结构域和锌指结构的特点对97个转录因子进行分类,可将它们分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三大类,分别有11个、70个和16个成员。另外对WRKY蛋白保守基序分析发现WRKY结构域有3个保守基序组成,各组成员的保守基序基本一致。部分蛋白的WRKY保守域和锌指结构具有多样性,分析发现部分高粱WRKY蛋白的WRKYGQK结构域中‘Q’突变为‘E’、‘S’和‘K’。系统进化关系显示高粱Ⅱ、Ⅲ类WRKY转录因子类聚在Ⅰ的下级分支上,表示Ⅱ和Ⅲ类可能是由Ⅰ类进化而来的。     

中国莲PHT1家族成员的生物信息学分析

以植物PHT1家族蛋白为研究对象,基于中国莲(Nelumbo nucifera)全基因组数据库,利用生物信息学方法发掘中国莲可能存在的PHT1家族成员,并对中国莲PHT1家族成员进行序列比对、系统进化、保守序列、跨膜结构、二级结构和亚细胞定位等分析。结果表明,从中国莲全基因组数据库中筛选获得4个PHT1蛋白,分别命名为:Nn PHT1:1、NnPHT1:2、NnPHT1:3、NnPHT1:4。它们在植物PHT1家族中属于GroupⅠ,均含有保守序列:GGDYPLSATIxSE。该序列具有11~12个跨膜区域,且保守序列位于第4个跨膜区域内,均定位于细胞质膜,且在细胞内侧第6和第7个跨膜区域之间均含有一个较大的细胞胞质内环结构;磷酸化位点和糖基化位点的数量范围分别在33~50个和4~9个;二级结构中α-螺旋和无规卷曲结构的数量总和均高于70%。研究结果展示了中国莲的PHT1家族成员的序列基本信息和结构特点,为深入研究中国莲的该家族成员基因及其编码蛋白的结构功能提供理论依据。     

沙棘PEPCK基因的克隆与生物信息学分析

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)是调节植物糖异生途径的限速酶。本研究从沙棘果实的转录组测序结果中筛选出PEPCK基因序列,利用RT-PCR技术对其进行克隆,利用生物信息学相关方法分析其编码蛋白的理化性质和结构特征。结果表明,该基因开放阅读框(open reading frame, ORF)长度为1 989 bp,编码一个由662个氨基酸组成的亲水性蛋白,主要由α-螺旋(30.21%)、β-折叠(17.22%),无规则卷曲(47.13%)和β-转角(5.44%)组成,其ORF序列与克莱门柚(Citrus clementina)同源性最高,氨基酸序列与川桑(Moras notabilis)和洋蓟(Cynara cardunculus var. scolymus)的有较高的同源性。该结果为进一步研究沙棘PEPCK蛋白功能以及揭示植物糖异生途径的调控机制提供理论基础。     

枸杞LbCO基因的克隆与生物信息学分析

CONSTANS(CO)基因是高等植物叶片中光周期途径的关键成分,生物钟及光信号控制CO基因的表达。本研究以宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)品种之一‘宁杞7号’叶片为实验材料,通过转录组测序结果筛选,利用RT-PCR技术扩增得到‘宁杞7号’的CO基因cDNA全长序列,命名为LbCO。利用生物信息学手段对所获得的序列进行结果及功能预测,结果显示:LbCO基因的cDNA序列全长1224 bp,编码407个氨基酸,分子质量为44.83 k D,理论等电点pI=5.58,不稳定指数为39.66,是一种稳定的非分泌蛋白。该蛋白亚细胞定位于细胞核,二级结构中无规则卷曲占比最高(54.48%),其次为α-螺旋(28.99%)。系统进化分析表明枸杞LbCO蛋白与其它物种的CO蛋白具有较高的同源性,其中与辣椒属CO蛋白亲缘关系最近。本研究为后续进一步探讨该基因编码的蛋白在调控枸杞花期研究方面提供理论参考。     

薏苡Waxy基因的克隆与生物信息学分析

薏苡Waxy基因是控制薏苡直链淀粉合成的关键基因,对其进行生物信息学分析,为深入研究该基因的作用奠定基础并为进一步改良糯性新材料提供理论支撑,以薏苡的嫩茎为实验材料,采用RT-PCR方法克隆薏苡Waxy基因,使用NCBI、DNAMAN及ExPYSy等一系列在线软件及工具,对薏苡Waxy基因的编码区,氨基酸序列及蛋白质的结构和功能进行生物信息学分析,研究表明薏苡Waxy基因有13个内含子,全长1 845 bp,编码由614个氨基酸,属于糖基转移酶超家族,薏苡与高粱亲缘关系较近,同源性达93%;该蛋白其中α螺旋占35.18%,无规则卷曲所占比例33.22%,保守性较强,通过对该蛋白保守性分析发现:糖基转移酶、糖原/淀粉合成酶和淀粉合成酶催化区3个保守性结构域。     

石榴YABBY基因家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是种子植物特有的转录因子,该家族具有N-末端锌指结构域和C-末端螺旋-环-螺旋保守结构域;在植物的生长发育,特别是叶片的生长、果实的发育、花器官的形成和植物次生代谢物质的代谢中起重要作用。本研究从石榴基因组中鉴定到6个YABBY基因,并将其划分为5个亚族。不同器官和品种的表达分析表明:Pg YABBY基因家族在石榴的生长发育和生理过程中起重要作用。转录组分析表明:PgYAB2可能负调控石榴果皮和种子的发育。PgINO有可能负调控外种皮的发育。PgFILb基因有可能通过调控木质素或半纤维素等次生代谢物质的生物合成相关基因的表达进而调控石榴籽粒的硬度。本研究结果为石榴YABBY家族基因功能研究、探索YABBY调控石榴果实发育及品质形成提供参考,为石榴的分子育种提供科学依据。     

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。     

白菜SAUR基因家族的生物信息学分析

旨在为今后开展白菜SAUR基因家族的功能奠定基础。本研究利用生物信息学的方法对白菜生长素早期应答基因SAUR(Small auxin-up RNA)家族的保守基序、氨基酸等电点、分子进化以及表达模式等基本性质进行了分析。结果表明,白菜143个SAUR蛋白质中,有111个蛋白质偏碱性,31个偏酸性,有一个成中性;从对该基因家族构建的进化树中可以看出它分化出2个大的亚家族,其中一个亚家族还处在不断分化中;此外,找到61个SAUR基因的EST表达证据,且基因表达部位比较丰富。通过研究分析表明本研究可以得出结论基因重复是白菜SAUR基因家族的一大特点,143个基因中含有51个同源对。     

番茄WRKY基因家族的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对番茄WRKY转录因子家族成员、理化性质、基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测。从番茄WRKY转录因子家族分类及进化结果显示,番茄Sl WRKY家族包含81个成员,按其WRKY结构域及锌指结构分为3族,第二族按其氨基酸顺序又可以分为5个亚族。染色体定位结果显示,除番茄的11号染色体没有WRKY转录因子,其他染色体上均有分布。基因结构分析表明,仅Sl WRKY19、Sl WRKY20家族成员不含内含子,其他成员都含有2~5个内含子。保守域分析表明,番茄WRKY结构域是高度保守的,仅有10个WRKYGQK发生了变异,占WRKY家族的10%。     

牡丹TCP家族基因的鉴定与生物信息学分析

TCP(Teosinte branched1/Cincinnata/proliferating cell factor)家族基因是植物特有的一类转录因子,在植物生长发育的过程中具有重要的调控作用。本研究从牡丹转录组数据中鉴定出18个TCP基因,分子量在18978.32~51789.56 Da之间,等电点在5.81~9.45之间,TCP家族成员亚细胞定位预测均在细胞核中。牡丹TCP结构域中保守氨基酸的分类与拟南芥相似,系统发育分析结果表明,牡丹TCP蛋白分为两大类,ClassⅠ包含10个TCP成员,ClassⅡ包含8个TCP成员。MEME分析结果显示,在牡丹TCP蛋白中发现了15个保守结构域,其中motif 1为TCP结构域,在所有TCP成员中都存在。同时,对牡丹TCP基因在芽、叶、花瓣、花斑、雄蕊、雌蕊和种子7个组织中的转录水平进行了分析。本研究对牡丹TCP家族基因进行了系统的分析,为进一步开展牡丹功能基因研究及分子育种提供了科学依据。     

梨YUCCA基因家族的鉴定与生物信息学分析

YUCCA基因编码黄素单加氧酶,是IAA生物合成主要限速酶基因之一,在植物生长发育中起着重要调控作用。本研究对白梨全基因组数据库进行筛选鉴定,获得梨YUCCA基因家族基因14个,这些基因非均等地分布在8条染色体上。生物信息学分析发现,梨YUCCA基因长度相差较大,含有2或3个内含子;基因具有10个保守基序,其中黄素嘌呤二核苷酸结合位点和还原型辅酶Ⅱ结合位点为基因家族所共有。基因家族亲缘关系分析显示,梨YUCCA基因家族可以分为2个类群,与苹果YUCCA基因亲缘关系较近。亚细胞定位和结构分析显示,梨YUCCA基因均定位在细胞质中,受多种激素所诱导,多数成员具有相似的三级结构。本研究的开展为梨YUCCA基因功能解析提供了参考。     

芜菁PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

芜菁(Brassica campestris L. ssp. rapifera Matag syn. B. rapa L.)是十字花科芸薹属园艺作物,其下胚轴和主根膨大形成肉质直根。PIN (Pin-formed)是一种植物特异性蛋白,作为生长素的输出载体,介导生长素的极性运输形成生长素不对称分布,从而在植物生长发育过程中起重要作用,然而目前在芜菁中还缺乏对PIN蛋白的系统研究。本研究基于芜菁及其他植物基因组,结合芜菁和普通白菜下胚轴不同发育时期转录组数据,通过生物信息学方法,对芜菁PIN基因家族进行了鉴定,并进行了蛋白结构及基因结构分析、系统发育分析、共线性分析和表达分析。结果表明,芜菁中共有13个BcPIN,数量多于拟南芥和甜菜,但略少于萝卜、胡萝卜和水稻;不同物种间同种类PIN基因数量存在差异;芜菁PIN家族与拟南芥、萝卜PIN家族基因进化关系较近,与水稻PIN家族基因关系较远,分布在4条染色体上,包括7个共线性基因对;BcPINs启动子含有多种顺式作用元件,受多种信号调控,但不同BcPINs的顺式元件种类存在差异;BcPINs的氨基酸个数在270～661之间,分子量在29.81...     

植物PDCT基因家族的鉴定与生物信息学分析

磷脂酰胆碱甘油二酯胆碱磷酸转移酶(phosphatidylcholine diglyceride choline phosphotransferase,PDCT)参与植物种子甘油三酯(triglyceride, TAG)的合成,促进磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine, PC)与二酰甘油(diacylglycerol, DAG)间的相互转化,其酶活的丧失显著减少种子多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids, PUFAs)的积累。本研究通过生物信息学的手段,利用已公布在数据库中的6种油料作物(花生,甘蓝型油菜,大豆,陆地棉,芝麻和向日葵)、2种粮食作物(水稻和玉米)及1种水生植物(中国莲)的基因组信息,从中鉴定出20个PDCT同源基因,并对它们的理化性质、染色体分布、基因结构、系统进化及启动子序列分析等进行进一步的研究。结果表明,植物PDCT家族在进化上具有一定的保守性,体现在稳定的蛋白质性质和结构、保守的基因结构、保守的进化距离和保守的结构域等方面;植物PDCT家族基因拷贝数存在明显差异,受测的粮食植物及拟南芥都只有单拷贝,而受测的油料作物则几乎都是多拷贝(2个或以上);植物PDCT家族基因的表达可能受到多种发育和环境(特别是光)胁迫信号的影响,它们的启动子区域均存在很多的转录核心启动子元件及光响应顺式作用元件。本研究结果为进一步研究PDCT家族基因的育种应用提供了生物信息学参考。