石榴GST基因家族全基因组鉴定及表达分析

谷胱甘肽硫-转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能蛋白酶(EC 2.5.1.18),可参与解毒作用、抵御生物与非生物胁迫以及次级代谢物质运输。本研究以石榴(Punica granatum)为材料,在其全基因组中共鉴定到44个Pg GSTs基因家族成员。44个成员编码蛋白氨基酸长度为103～417 aa,分子量为11.87～47.42 kD,理论等电点在4.96～9.34,大部分成员定位于细胞质。进化分析显示,Pg GSTs可以划分为8个亚家族,石榴U型和F型亚家族成员居多数。其中43个基因家族成员均含有GST_N保守基序motif 1和motif 2。染色体定位与共线性分析显示,44个成员在8条染色体不均匀分布,存在10处串联重复,并与苹果MdGSTs具有更近的基因进化起源关系。上游2 kb区域顺式作用元件分析表明,该基因家族成员能够响应非生物胁迫、植物激素等刺激。转录组表达分析显示Pg GST有一定的组织表达特异性,其中PgGSTF3可能参与了成熟花和果实外种皮花青苷转运积累过程。本研究可为深入研究石榴GST基因家族生物学功能提供理论基础。     

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...     

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。     

榴莲PEPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

本研究从榴莲全基因组中鉴定榴莲PEPC基因,并分析了它们在‘猫山王’榴莲不同组织(根,茎,叶和果肉)与3个不同品种(‘猫山王’,‘金枕头’和‘普玛尼’)果肉中的表达情况。结果共获得6个榴莲Dz PEPC家族成员,其蛋白理化特征较为相似,且所有榴莲PEPC蛋白亚细胞定位预测均可能存在于细胞质中。染色体定位显示榴莲PEPC位于5条不同的染色体。联合榴莲、水稻、菠萝、拟南芥的PEPC蛋白共同进行系统进化分析,结果显示共可分为2个亚组,Dz PEPC1、Dz PEPC3、Dz PEPC4和Dz PEPC5为PTPC亚族(植物型),Dz PEPC2和Dz PEPC6为BTPC亚族(细菌型),且发现榴莲PTBC和BTPC分离时间早于单子叶植物和双子叶植物的分离时间,两者基因结构和蛋白序列差异大,但仍具有一定的保守性。顺式作用元件分析显示,DzPEPC含有数量较多的光响应元件和激素响应元件。转录组表达分析发现,DzPEPCs在不同榴莲组织中的表达具有偏好性,可能参与榴莲的多个生物学过程(包含光合和非光合过程),并初步推测DzPEPC4与榴莲果肉发育过程相关。本研究可为进一步探究DzPEPC家族在榴莲中的生物学功能提供参考。     

甘薯全基因组SBP-box基因家族鉴定及表达分析

SBP (SQUAMOSA promoter binding proteins)家族是植物特有的一类转录因子家族,广泛存在于绿色植物中,调控植物生长发育、信号转导及响应非生物胁迫等多种生理过程。已有多种植物SBP-box基因相继被报道。为探究SBP-box基因在甘薯中的分布情况及对甘薯生长发育的影响,本研究从甘薯全基因组鉴定出30个SBP-box基因,依次命名为IbSPL1～IbSPL30,并分析了其基因结构、蛋白质结构和理化性质、系统进化关系、串联重复、启动子顺式作用元件分布和组织特异表达情况等。结果表明大部分甘薯SBP-box蛋白理化性质、结构有一定分化,甘薯SBP-box蛋白与拟南芥同源进化关系较近,不同亚家族间具有不同数量和类型的motif分布;甘薯SBP-box基因在染色体上分布较为均匀,除3条染色体外,其余12条染色体均有1～4个SBP-box基因分布,共线性分析发现甘薯SBP-box基因可能来源于多次片段重复事件;通过启动子区域顺式作用元件分析和不同组织、不同处理下的差异表达分析,发现16个基因与甘薯地上部分的生长发育相关,7个基因与干旱胁迫响应相关。本研究从各个角度分析...     

陆地棉KFB基因家族全基因组鉴定与表达分析

【目的】KFB(Kelch containing F-box protein)是普遍存在于各种生物体中含有F-box结构域的一类家族蛋白,参与众多生物过程。本研究旨在开展陆地棉KFB家族基因鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉(TM-1)基因组中鉴定KFB家族成员,与已知的拟南芥、水稻、大豆等KFB蛋白序列构建系统进化树;进一步针对第Ⅱ亚族进行基因结构、染色体定位和表达分析。【结果】从陆地棉基因组共鉴定出150个KFB家族成员,进化分析表明这些基因可分为7个亚族。陆地棉KFB第Ⅱ亚族24个基因分布在14条染色体上,有9对直系同源基因;该亚族基因结构简单,半数基因只有1个外显子;qRT-PCR结果表明,该亚族基因具有较为广泛的组织表达模式,但在不同组织的表达存在差异。【结论】这些结果显示陆地棉KFB第Ⅱ亚族基因在进化过程中出现了功能分化。     

马铃薯NCED基因家族全基因组鉴定与表达分析

脱落酸(ABA)在植物响应生物胁迫和非生物胁迫过程中具有重要调节作用。9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是ABA合成限速酶,位于ABA生物合成通路上游。为明确马铃薯NCED基因家族成员以及NCED基因表达特性,本研究在全基因组水平鉴定马铃薯NCED基因家族成员,并通过染色体定位、理化性质表征、系统发育树构建、基因结构分析以及启动子顺式作用元件鉴定对该基因家族成员进行系统研究。基于马铃薯参考基因组,共鉴定到10个马铃薯NCED基因,染色体定位分析显示这些基因分布在4条染色体上;基因理化性质分析表明,该基因家族蛋白分子量介于50～70 kD之间,等电点介于5.48～8.71之间;启动子序列分析显示该基因家族具有大量与多种植物激素相关的顺式作用元件;最后通过实时荧光定量PCR明确接种茄链格孢(Alternaria solani)后马铃薯NCED基因家族的表达模式。本研究为深入挖掘NCED基因家族在马铃薯与茄链格孢互作中的作用提供了理论基础。     

小麦B-box基因家族全基因组鉴定与表达分析

B-box (BBX)是一类含有1个或2个B-box结构域的锌指蛋白,在植物生长发育中起着重要作用。本研究明确小麦B-box转录因子的数量、基因结构和分类进化关系,研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对非生物胁迫的响应。从小麦全基因组中鉴定得到87个B-box基因家族成员,所有TaBBXs蛋白均含有B-box结构域。TaBBXs编码146～489个氨基酸,理论等电点为4.32～10.42。染色体定位分析表明,TaBBXs分布在除1A、1B和1D之外的18条小麦染色体上。通过系统发育分析将TaBBXs划分为5个亚家族,有0～4个内含子。在同组内同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构。qRT-PCR分析的20个TaBBXs基因,具有不同的组织表达模式, 16个基因在叶中有较高表达, TaBBX10和TaBBX39仅在叶中有较高表达,而TaBBX74在穗中表达, TaBBX43在根中特异性表达。在不同逆境胁迫下, TaBBXs呈现不同表达模式, 11个基因在低温胁迫后上调表达, 12个基因在ABA处理后下调表达,盐胁迫后10个基因出现上调表达,干旱胁迫后7个基因出现下调表达,TaBBX10、TaBBX39、TaBBX60、TaBBX67和TaBBX74基因在2种或2种以上胁迫下有显著的上调表达。     

毛竹GMD基因家族全基因组鉴定与表达分析

GDP-甘露糖4,6-脱水酶(GDP-mannose 4,6-dehydratase,GMD)是生物体内参与多糖合成代谢的一个重要基因.本研究利用毛竹全基因组和转录组数据信息,对GMD基因家族进行细致分析,共鉴定出39个家族成员.毛竹GMD各家族基因的理化性质有一定差异,但所含甘露糖4,6脱水酶结构域进化相对保守.进化...     

毛果杨MGT基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

为探究MGT基因家族在毛果杨生长发育及响应胁迫中的作用,本研究在毛果杨全基因组范围,通过生物信息学分析PtrMGT基因家族成员的数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征、启动子顺式作用元件,并对各成员的组织表达特异性以及对NaCl胁迫与ABA处理的响应特性进行了分析。结果表明：PtrMGT家族共含有10个基因,可分为4个亚族;有2对同源基因且Ka/Ks值均小于1;家族成员启动子区含有数量不等的非生物胁迫响应元件,共12种、146个元件;PtrMGT家族编码的蛋白均含有GMN序列,同一亚族基因编码蛋白的序列相对保守;PtrMGT家族成员在毛果杨根、茎和叶表达量具有差异;NaCl胁迫下,PtrMGT家族基因在根、茎和叶中表达量在0～48 h内均表现为先上升后下降的变化趋势;ABA处理下,大部分成员表达量先升后降,小部分成员表达量持续下降,表明PtrMGT家族基因对NaCl胁迫与ABA处理产生响应且响应模式出现分化。本研究为深入研究PtrMGT基因家族功能提供理论基础。     

陆地棉天冬氨酸蛋白酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

天冬氨酸蛋白酶(aspartic proteinases,APs)是一类重要的蛋白水解酶,其在植物生长发育、抗病及逆境胁迫过程中发挥着重要的调控作用.目前,有关植物APs的研究报道较少,且在棉花中还没有相关报道.本研究基于陆地棉最新基因组数据库,共鉴定出87个APs(GhAPs)成员,并对其结构、启动子顺式作用元件及表...     

雷蒙德氏棉KNOX基因家族全基因组鉴定及表达分析

为探究KNOX基因家族在棉花生长发育中的调控作用,本研究以雷蒙德氏棉为材料,利用生物信息学的方法全基因组鉴定KNOX家族成员,并对其保守结构域、进化模式、染色体定位、基因结构和基因表达情况进行分析。共鉴定到22个KNOX基因,分布于10条染色体上,其中13个基因发生了片段复制。除GrKNOX9和GrKNOX15外,其余GrKNOX蛋白均含有KNOX1,KNOX2,ELK和HOX四个典型结构域。Gr KNOX基因家族进化聚类成两组：ClassⅠ和ClassⅡ。ClassⅠ组包含13个基因,ClassⅡ组含有9个基因。GrKNOX基因在叶片、花瓣、开花后10、20、30和40 d的种子中的表达分析显示,ClassⅠ组成员表达模式差别较大,ClassⅡ组成员表达模式较相似。GrKNOX12、GrKNOX1、GrKNOX17、GrKNOX2、GrKNOX11、GrKNOX3和GrKNOX22在测定的组织中表达量均较高;GrKNOX6、GrKNOX16和GrKNOX19在开花后20、30和40 d的种子中表达量较高,推测这3个基因参与调控棉花种子发育过程。本研究为进一步探究KNOX基因家族在棉花...     

小桐子WOX基因家族全基因组鉴定与表达分析

WOX转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起重要的调控作用。基于全基因组和转录组测序数据,本研究首次对小桐子WOX转录因子保守域、保守基序,染色体定位和不同条件下的表达模式进行了全面的分析。总共12个WOX蛋白在小桐子基因组中被鉴定。保守域分析表明,12个小桐子WOX蛋白的结构域均含有螺旋-环-螺旋-拐角-螺旋基序。染色体定位分析表明,小桐子12个WOX蛋白不均匀地分布在7个连锁群(LGs)上,然而,没有WOX蛋白定位于LG1、LG5、LG7和LG8。系统发育树的结果表明,12个小桐子WOX蛋白被分成3个组即Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ。在这12个WOX基因中,部分基因在被检测的组织中(根,茎皮层,叶和种子)显示出差异表达模式,如1个WOX基因(JcWOX1)在根中表达最高,3个WOX基因(JcWOX3, JcWOX7, JcWOX12)在种子中表达最高。此外,表达模式和qRT-PCR分析显示,3个小桐子WOX基因的表达在至少一个胁迫(干旱或者盐)条件下显示出至少2倍的增加或者降低。在这3个差异表达小桐子WOX基因中,2个WOX基因(JcWOX1, JcWOX6)在至少一个处理时间点表现出对干旱和盐胁迫响应,1个基因(JcWOX5)仅仅对干旱胁迫响应。该结果将为进一步研究WOX基因在调控小桐子生长发育和非生物胁迫响应中的作用提供一些有价值的信息,为小桐子WOX基因的功能研究与利用提供科学依据。     

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。     

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。     

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。     

野生豆Pht1基因家族的全基因组鉴定和表达分析

植物体内磷的吸收、转运和再利用过程主要是由位于质膜上的磷酸盐转运蛋白基因(phosphate transporter 1, Pht1)家族调控。目前野生豆Pht1家族基因的鉴定和系统分析尚未见报道,为了研究野生豆Pht1家族基因的进化和功能,本研究通过同源序列比对的方法鉴定并获得了野生豆Pht1家族的15个基因,分布在8条染色体上。多序列比对和系统发育分析显示这些基因分为四组,分别包含10,2,2,1个基因。基因共线性分析显示Gs Pht1家族存在6对复制基因,分别是GsPht1;1/1;5,GsPht1;2/1;7,GsPht1;3/1;14,GsPht1;6/1;10,GsPht1;8/1;9和GsPht1;12/1;13。Ka/Ks分析显示野生豆Pht1家族基因的进化经受纯化选择,Tajima相对速率测验表明基因复制事件后复制基因增加了进化速率。Gs Pht1家族基因在不同组织的表达模式显示复制基因对具有组织表达特异性,低磷胁迫条件下该家族大部分基因在不同组织中被诱导表达。本研究结果为野生豆耐低磷分子机制的研究提供了依据。     

谷子Ⅲ型PRX基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫下表达分析

Ⅲ型过氧化物酶(Class Ⅲ peroxidase, PRX)是植物中特有的过氧化物酶家族,在植物生长发育以及非生物胁迫中发挥重要作用。谷子作为C4植物是禾本科抗逆研究的模式植物,然而目前对于谷子中Ⅲ型过氧化物酶家族基因功能鲜有报道。为探究谷子Ⅲ型过氧化物酶基因家族(SitPRXs)在干旱胁迫和ABA诱导下的表达模式,进行了全基因组表达分析。本研究利用生物信息学方法在谷子全基因组中鉴定出132个Ⅲ型PRX基因家族成员,并根据其在染色体上位置顺序依次命名为SitPRX1～SitPRX132。通过对谷子、拟南芥和水稻的系统进化分析将其分为5个亚家族,基因结构和保守基序分析表明同一亚家族具有较高的保守性。基因复制分析显示, 17个SitPRX基因(13%)存在片段复制,78个SitPRX基因(59%)存在串联复制,串联复制事件在SitPRX基因扩增中起重要作用。谷子与拟南芥、水稻和玉米的物种间同源性分析显示谷子中大多数SitPRXs是在双子叶植物和单子叶植物分化后形成的。转录组分析显示, SitPRX基因家族成员在谷子幼苗、根、茎、叶以及圆锥花序中表达存在差异。启动子顺式作用元件分析显示,...     

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...     

甜瓜果实成熟相关基因家族的全基因组鉴定及分析

为获得与甜瓜果实成熟相关的基因,选择与乙烯生物合成及信号转导相关的4个基因家族HB(Homeobox)、RIN(Ripening inhibitor)、ETR(Ethylene receptor)、CTR(Constitutive triple reaction),对甜瓜全基因组鉴定,分别获得CmHB家族成员17个、CmRIN家族成员21个、CmETR家族成员3个和CmCTR家族成员20个,通过序列比对和基序分析验证了家族成员鉴定的可靠性。利用转录组测序方法,分析4个基因家族各成员在甜瓜品种河套蜜瓜原种和转反义CmACO1基因的河套蜜瓜品系M9生长期和成熟期果实中的表达量,发现河套蜜瓜原种中13个基因在2个发育时期果实中的表达量存在显著性差异,其中CmHB3、CmHB11生长期的表达量是成熟期的42,9倍,而CmHB4成熟期的表达量是生长期的27倍,其表达量均呈极显著差异。在M9品系中,12个基因在2个发育时期果实中的表达量存在显著差异,其中CmHB3、CmHB11生长期的表达量是成熟期的6,3倍,而CmHB4成熟期的表达量是生长期的41倍,其表达量均呈极显著差异。在生长期,CmHB3、CmHB11的表达量在2个材料中存在极显著差异,CmRIN14、CmRIN15存在显著差异。而在成熟期,CmHB3的表达量在2个材料中存在极显著差异,CmRIN14、CmRIN15存在显著差异。此外,还发现CmRIN14、CmRIN15在2个材料间的表达模式相反,表明其表达模式受CmACO1表达水平的影响。