葡萄SAP家族的鉴定与表达分析

【目的】通过生物信息学分析明确SAP（Stress Associated Protein）家族在葡萄基因组中的数量、结构,利用qRT-PCR技术分析SAP家族的生物节律和在激素、非生物胁迫处理下的表达模式,为进一步探究SAP家族在葡萄中的作用奠定基础。【方法】在前期从山葡萄‘双优’（Vitis amurensis cv. Shuangyou）和欧洲葡萄‘红地球’（Vitis vinifera cv. Red Globe）0℃寒胁迫下转录组数据库中筛选出表达量明显上调的基因SAP15基础上,利用NCBI和葡萄基因组数据库中的BLAST功能,根据SAP家族的保守结构域,鉴定葡萄基因组中的SAP。利用生物信息学软件DNAMAN5.0、MEME、GSDS2.0、ExPASy和MEGA6等对VvSAPs序列、基因结构、蛋白质结构、理化性质、染色体定位和进化树等进行分析。采用qRT-PCR方法检测VvSAP家族的生物节律和在激素、逆境处理下的表达特征。【结果】从葡萄（Vitis vinifera）全基因组中鉴定得到15个SAP家族成员,均含有AN1保守结构域,大多含有A20保守结构域。按照其保守结构域和在染色体上的位置,依次命名为VvSAP1—VvSAP15,可分为Class Ⅰ、Class Ⅱ和Class Ⅲ三类。理化性质分析表明,VvSAP家族编码氨基酸数目介于109—293,理论等电点分布在7.99—9.68。染色体定位分析发现,该基因家族的15个基因分布于葡萄的9条染色体上,其中第8条染色体上分布最多,有3个VvSAP。亚细胞定位分析表明,VvSAP家族主要在细胞核、叶绿体和细胞骨架中进行表达。VvSAP家族的二级结构主要以无规则卷曲和α-螺旋为主。基因结构分析表明,VvSAP1—VvSAP12的DNA序列中均无内含子,VvSAP13—VvSAP15的DNA序列中有1个内含子,基因结构高度保守。qRT-PCR分析结果表明,在VvSAP家族成员中,VvSAP1和VvSAP9在无处理和各处理下（激素和非生物胁迫）均表达极低或不表达,初步鉴定为假基因。除VvSAP10在400 mmol·L ^-1 NaCl处理下呈下调表达,其余基因均在50 μmol·L ^-1 ABA、100 μmol·L ^-1SA和400 mmol·L ^-1NaCl处理下呈上调表达,其中,VvSAP10—VvSAP14显著响应50 μmol·L ^-1 ABA胁迫,处理24 h后相对表达量分别上调为0 h的37.19、36.63、21.69、58.34和267.35倍;VvSAP8和VvSAP11在NaCl处理4 h后相对表达量最高,分别为0 h的13.16和12.42倍;在4℃低温胁迫下,相对表达量上调最高的是VvSAP15,处理后8 h相对表达量为0 h的35.90倍。 【结论】从葡萄基因组中共鉴定出15个SAP家族成员,初步鉴定得出VvSAP1和VvSAP9为假基因,15个基因分别分布于9条染色体上,并且结构进化高度保守。所有成员均相响应逆境,且均有昼夜节律变化,但该基因家族成员在不同逆境胁迫下的响应程度和在不同时间点的表达模式存在一定的差异。     

茶树NF-Y基因家族鉴定及非生物胁迫下的表达分析

NF-Y(nuclear factor-Y,NF-Y)通常是以NF-YA (CBF-B/HAP2)、NF-YB (CBF-A/HAP3)和NF-YC (CBF-C/HAP5) 3种亚基构成异源三聚体的形式调控下游基因的表达,并在生物与非生物胁迫耐受性等方面起着重要作用。本研究在茶树基因组中鉴定分类了茶树NF-Y基因家族成员,为后续的功能分析研究做准备。在研究中鉴定出45个NF-Y转录因子亚基(10个NF-YA,20个NF-YB,15个NF-YC)。染色体定位和同义分析表明,茶树NF-Y基因分布在14条染色体上,9对基因具有大片段复制,4对基因串联复制,片段复制是家族成员扩张的主要方式。通过序列分析,所有的NF-Y基因具有高度的结构保守性,大多数NF-Y基因有2个以上的内含子。通过启动子顺式元件分析发现,大部分基因含有激素和应激反应元件。转录组分析显示,一部分基因在干旱情况下出现不同程度的转录组丰度增加,而在盐处理后基本没有变化或出现不同程度的丰度下降。随后的qRT-PCR结果显示,在选定的4个基因中,CsNF-YA6、CsNF-YB4在20%PEG处理下出现不同幅度的上调,200 mm...     

核桃JrbHLH转录因子家族鉴定与响应冷胁迫基因表达分析

为了探究核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用,本研究通过转录组数据结合隐马尔可夫模型筛选技术在核桃全基因组挖掘出bHLH转录因子家族成员并进行结构分析,进一步对该家族成员响应冷胁迫的差异表达基因进行冷胁迫不同时间与不同组织中的表转录水平分析。结果表明,核桃bHLH转录因子家族包含72个基因,编码72条蛋白,开放阅读框为393～1 839 bp,编码的蛋白长度为130～612个氨基酸,等电点为4.61～9.51,均为亲水性蛋白;各成员均含有典型的碱性区域和螺旋-环-螺旋结构域;与拟南芥同家族聚类分析发现,核桃bHLH家族成员可分布到15个亚群,且同源性较高。结合转录组数据筛选到16个响应冷胁迫的差异表达基因,在冷胁迫不同时间后出现不同程度响应,并且在不同组织中存在特异性表达。本研究将为核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用研究奠定基础。     

甜瓜CmCIPK家族全基因组鉴定和逆境条件下的表达分析

为探究甜瓜CIPK(CBL-interacting protein kinase)基因家族成员的生物学功能,以拟南芥中26个CIPKs的氨基酸序列为参照,用BLASTP方法鉴定了18个甜瓜CIPK家族成员,并对其理化性质、染色体分布、系统进化、基因结构、蛋白保守基序、顺式元件,以及基因的表达模式进行了分析。结果显示,CIPK基因家族成员的基因长度为1 499~8 499 bp,它们不均匀地分布在甜瓜的9条染色体上;根据进化关系可将其分为5个亚家族,分别包含了26、10、25、26和8个成员,并且其中有4个CmCIPK基因对发生了片段复制。基因结构分析表明,10个基因为内含子缺失型,8个基因为内含子富集型。蛋白保守基序分析发现,CmCIPK家族保守性较好,所有成员均含有CIPK家族的典型特征:N端激酶域中的激活环和C端调节域中的NAF/FISL结构域。在基因上游的2 000 bp序列中存在多个与植物激素和逆境相关的顺式元件,显示可能有多种转录调控。转录组分析发现,CmCIPKs的组织表达量整体表现为叶>根>雄花>雌花>果。选择CmCIPK1-like和CmCIPK12-like基因验证其组织表达模式,显示分别在叶和雄花中的表达量最高。对其进行不同逆境处理,结果表明,这2个CmCIPK基因受NaCl和脱落酸(ABA)诱导表达;在干旱处理中,这2个基因经历短时间的上调或下调后恢复至最初表达水平。以上结果说明,CmCIPK1-like和CmCIPK12-like基因可能在ABA和非生物胁迫中发挥着重要作用,可为以后CmCIPK的功能研究提供参考。     

葡萄NAC转录因子的生物信息学分析

NAC基因家族是高等植物所特有的一类转录因子家族,广泛参与植物生长发育、逆境胁迫应答等反应。通过对71种葡萄NAC蛋白与22种其他物种NAC蛋白的生物信息学分析,对与非生物逆境胁迫相关的12种NAC蛋白的染色体定位、理化性质、亲/疏水性、二级结构及亚细胞定位等进行了分析和预测。结果显示,葡萄NAC蛋白共分为5大类,与非生物逆境相关的NAC蛋白聚集在第Ⅲ类。分析显示不同NAC蛋白间氨基酸、疏水性及稳定性之间存在一定差异,二级结构主要为随机卷曲等。分析结果可为进一步研究通过葡萄NAC基因调控葡萄的生长与抗逆机制提供参考。     

葡萄HAK基因家族的鉴定与表达分析

从葡萄基因组数据库中检索到18个HAK基因家族成员,对其在生物信息学及非生物胁迫下的表达水平进行分析。结果表明:葡萄HAKs编码CDS序列长度为2 000～2 500 bp,外显子数从7个到12个不等。二级结构主要以α-螺旋和不规则卷曲为主,至少含9个跨膜区域,亚细胞定位表明该家族主要在细胞质膜上。葡萄HAK基因分为7个亚族且整个家族与拟南芥HAK家族成员的同源性很高。基因芯片表达谱分析表明,葡萄HAK基因家族能够响应高温、低温、盐、干旱和水分等非生物胁迫,不同成员的表达水平存在一定的差异。荧光定量分析表明, VvHAK01、 VvHAK04、 VvHAK06和 VvHAK13质量分数为10%PEG处理6 h后表达量显著上升; VvHAK02、 VvHAK07、 VvHAK09、 VvHAK10、 VvHAK12、 VvHAK13、 VvHAK15、 VvHAK16、 VvHAK17、 VvHAK18在50μmol·L~(-1) ABA处理6 h后表达量显著上升; VvHAK07、 VvHAK09、 VvHAK11在400 mmol·L~(-1) NaCl处理6 h后表达量显著上升; VvHAK05在50μmol·L~(-1) ABA、400 mmol·L~(-1) NaCl和质量分数为10%的PEG处理6 h后,叶片表达量显著下调。大多数HAK基因家族成员对ABA、NaCl和PEG无法有响应,试验为进一步解析HAK基因功能和利用HAK基因进行植物的遗传改良奠定基础。     

全基因组范围葡萄热休克转录因子的鉴定与分析

[目的]从全基因组范围鉴定葡萄热休克转录因子基因家族,并对其基因结构、蛋白结构、基因启动子、基因在进化中受到的选择压力以及其编码基因在非生物胁迫下的表达变化进行综合分析,并对葡萄热休克转录因子基因家族的密码子使用偏好性进行研究,分析影响葡萄热休克转录因子基因家族密码子使用偏好性的因素。[方法]利用葡萄基因组数据库相关数据建库结合本地BLAST法鉴定序列,利用多重序列比对,进化树构建等生物信息学方法进行分析。[结果]鉴定了20个葡萄热休克转录因子,并将其分为4个亚组。其中9个热休克转录因子基因在冷胁迫1 h下表达上调,2个在冷胁迫4 h下表达上调。在高温胁迫14 d条件下,7个热休克转录因子基因表达量下调。在高温胁迫42 d条件下,8个热休克转录因子基因表达量下调。此外发现,葡萄热休克转录因子家族各成员基因存在密码子使用偏好性。[结论]该研究为深入研究葡萄热休克转录因子的功能提供了有用的信息。     

茶树Whirly基因家族的鉴定与表达分析

【目的】对茶树Whirly基因家族成员进行鉴定及表达分析,为进一步探究Whirly基因家族在茶树生长发育和逆境响应的作用机理提供参考。【方法】以茶树品种北茶36、龙井43和大面白的叶片为材料,基于Whirly基因家族的保守结构特征,从茶树基因组鉴定CsWhys基因家族成员,利用生物信息学软件对其进行可视化分析,并对组织特异性和时空表达模式分析。【结果】从舒茶早茶树基因组中鉴定获得2个CsWhy基因,命名为CsWhy1(XP_028085682.1)和CsWhy2(XP_028102803.1)。系统进化树分析结果显示CsWhy1和CsWhy2蛋白分别与已知的定位于叶绿体和线粒体的Whirly蛋白聚为一类。CsWhys基因启动子区域富含激素、胁迫和MYB转录因子结合位点等顺式作用元件,种类呈多样性。组织表达特性分析显示,CsWhy1在茶树叶片和芽中具有较高的表达丰度;CsWhy2则在茶树不同组织中均具有较高的表达丰度。时空表达模式分析结果发现,CsWhys的表达在不同时间点受低温、干旱、ABA、GA和H₂O₂处理诱导上调。冷驯化条件下,CsWhy1在抗寒品种龙井43和不抗寒品种大面白中呈现相反的表达模式,而CsWhy2在2个品种中均下调表达。【结论】茶树基因组中2个CsWhys基因具有Whirly基因家族的典型特征,茶树CsWhys基因的表达具有明显的组织特异性,推测CsWhys基因家族在茶树芽叶生长和抗逆过程中起发挥了重要调控作用。     

葡萄MAPK基因家族鉴定及逆境胁迫下的表达分析

探究葡萄MAPK家族成员的特性及潜在功能,为葡萄抗逆基因资源的挖掘和利用提供理论依据。本研究克隆获得葡萄MAPK基因家族成员并对其进行生物信息学分析,根据基因芯片数据分析各成员的组织表达特征,结合qRT-PCR明确其对非生物胁迫的响应情况。结果表明,葡萄中共获得43个MAPK成员,分别命名为 VvMAPK1~ VvMAPK43,分布于15条染色体上,其中有6个成员集中分布于18号染色体上,5个分布于5号染色体上。氨基酸大小为114~1 520 aa, VvMAPK15编码的氨基酸序列最长,为1 520个氨基酸残基, VvMAPK23编码的氨基酸序列最短,为114个。相对分子量集中为12.26~16.70 ku,等电点为4.94~10.01。芯片数据分析发现,经ABA处理后, VvMAPK5、 VvMAPK7和 VvAMAPK13的表达量明显下调,在盐、PEG和低温处理下, VvMAPK6、 VvMAPK9和 VvMAPK13的表达量明显上调;不同成员在不同组织以及同一组织的不同生长阶段表达水平差异显著。qRT-PCR分析发现,大多数VvMAPK家族成员受到200 mmol·L^-1 NaCl的诱导,表达水平较对照上调显著, VvMAPK9、 VvMAPK27、 VvMAPK29和 VvMAPK38在500 μmol·L^-1 ABA、200 mmol·L^-1 NaCl和10% PEG处理后均上调表达显著,对3种非生物胁迫的响应强烈。研究结果表明,葡萄MAPK家族成员在不同非生物胁迫下存在不同的潜在功能,为葡萄基因改良和遗传育种提供理论基础。     

葡萄CIPK基因家族的鉴定表达分析

以水稻、玉米、拟南芥中已知CIPK基因注册序列为基础,从葡萄基因组数据库中电子克隆出16条CIPK基因。对其理化性质分析表明,除VvCIPK10编码的251个氨基酸数目外,其余氨基酸数目基本稳定为300~470。整个CIPK家族的理论等电点为6~9。基因结构分析表明,VvCIPK01、VvCIPK03、VvCIPK04、VvCIPK08、VvCIPK09、VvCIPK13包含外显子数都大于10;VvCIPK02、VvCIPK05、VvCIPK06、VvCIPK07、VvCIPK10、VvCIPK11、VvCIPK12、VvCIPK14、VvCIPK15、VvCIPK16包含外显子数都小于7。聚类分析表明,CIPK基因被分为4个亚族,且在每一个亚族中都包含葡萄和拟南芥的CIPK基因家族成员,说明它们具有很高的同源性。对CIPK蛋白质的二级结构分析表明,葡萄CIPK基因家族所编码的蛋白质均以α-螺旋和不规则卷曲为主,而β-转角最少。亚细胞定位后发现,VvCIPK基因在细胞质中表达最多。对葡萄CIPK基因家族上游2kb区域顺式作用元件分析表明,VvCIPK13对于ABA和脱水胁迫的响应最为明显,葡萄CIPK基因家族对于MYB转录因子和WRKY转录因子均有响应。荧光定量分析表明,VvCIPK15在根中表达量最多,在茎中表达量最少;在不同处理下该基因表达差异性显著。其中,受PEG、ABA、NaCl诱导后呈明显上调表达,其表达量依次为PEGNaClABA。同时该基因在受到高、低温胁迫时表达量也有明显上调,9个处理中只有在山梨糖中呈下调表达。推测该基因能够参与调控干旱、盐碱、低温等逆境过程。     

葡萄bHLH转录因子家族全基因组分析

通过生物信息学的方法,鉴定得到110个葡萄的bHLH基因,分别命名为VvbHLH001^VvbHLH110。葡萄bHLH基因可以分为24个亚家族,以非随机的方式分布在19条染色体上,其中有10组基因发生了串联复制。基因芯片表达分析显示葡萄bHLH基因具有器官特异性表达,如亚家族Ib(2)在根中特异表达,可能与根活力有关;VvbHLH003和VvbHLH16基因在花蕊及花序中特异表达,推测与花器官发育有关。研究结果可为进一步开展bHLH家族的基因功能和分子进化机制的研究提供基础。     

白菜bHLH转录因子家族的全基因鉴定及表达特征分析

从白菜中鉴定出249个bHLH转录因子家族蛋白,并开展了该基因家族的生物信息学和表达特性分析。结果表明:白菜的bHLH转录因子基因不均匀地分布于10条染色体上;其bHLH结构域包含典型的His5-Glu9-Arg13序列,且第23和49位的Leu极端保守。系统进化分析可将白菜中的249个bHLH蛋白分为24个亚家族,其中XII亚家族含有最多的29个蛋白。转录组分析结果显示12个bHLH基因在白菜不育和可育花蕾中表达差异极大,其中BraHLH034、BraHLH106、BraHLH125这3个基因可能与雄性不育有关。     

黄瓜生长素反应因子(ARF)家族鉴定及表达特异性分析

【目的】鉴定黄瓜生长素反应因子（ARF）,预测small RNAs并验证ARF与small RNAs和生长素的关系;分析ARF在种子萌发过程中的表达模式,推断ARF在黄瓜单性结实和种子萌发过程中是否起到关键作用。【方法】利用拟南芥和水稻ARF蛋白质序列检索黄瓜基因组数据库,对检索到的黄瓜ARF家族进行结构分析和small RNAs预测;将预测到的gma-MIR160o precursur构建到pCAMBIA2301植物表达载体上,利用农杆菌介导法将其导入到单性结实黄瓜品种中,并对PCR检测为阳性的转基因植株进行RT-PCR验证;利用real-time RT-PCR方法分析ARF家族成员在生长素诱导后、开花时期及种子萌发阶段的表达模式。【结果】通过与拟南芥和水稻ARF蛋白序列的比对,共得到18个黄瓜ARF蛋白质序列。将其连同拟南芥和水稻的ARF蛋白质序列共分为4大类。从结构上看,外显子数目2-18不等,但同一类之间基因结构较为相似。进化树分析显示,18个基因之间的相似性不高;18个黄瓜ARF基因均有相对应的small RNA。其中, Csa010564、Csa011935、Csa015176、Csa020560和Csa022361可能都是miR160的靶基因。转基因试验进一步说明Csa010564、Csa011935和Csa015176在表达量上出现下降趋势,而Csa020560和Csa022361的表达量与对照相比略有上升,说明Csa010564、Csa011935和Csa015176是miR160的靶基因;在生长素诱导表达的试验中,Csa007296、Csa011935和Csa015176在根、茎和叶中的表达量均高于对照,说明ARF的表达受IAA的正调控;同时,以上3个基因在叶片和雌花花冠中的表达量均是开花第2 d低于开花当天,而在子房中的表达量确是第2天高于开花当天,尤其是Csa011935和Csa015176上调显著,说明ARF在子房发育过程中起到至关重要的作用;ARF在种子萌发过程中的表达分析显示：大部分基因在吸涨后12 h和48 h处于表达最高峰。【结论】ARF受生长素和相应的small RNAs调控。在黄瓜单性结实和种子萌发过程中,ARF可能起到了关键性作用。