糜子PmNAC1的克隆及生物信息学分析

糜子为禾本科草本植物，抗旱、耐盐碱、耐瘠、生育期短。为了给糜子抗逆分子育种提供候选基因，试验在前期转录组测序注释基因的基础上，利用糜子基因组染色体16上注释的NAC蛋白结构域比对得到PmNAC1基因的gDNA序列，通过PCR扩增、基因克隆获得糜子的核苷酸序列，使用在线软件ORF Finder Blast对糜子NAC编码蛋白的理化特性及结构等进行生物信息学分析。结果表明，PmNAC1基因全长1 634 bp，编码423个氨基酸，无信号肽和跨膜结构；二级结构中氨基酸主要由8个α-螺旋和14个β-折叠组成，为亲水性蛋白，保守位点在第73～211位氨基酸，共有59个磷酸化位点；超出水平线0.5的是糖基化位点；构建了糜子转录因子NAC氨基酸序列系统发育进化树，PmNAC1蛋白与柳枝稷CUC2的亲缘关系最近，二者的遗传变异系数为0.06。     

桂花β-胡萝卜素羟化酶基因的克隆与序列分析

为揭示桂花不同品种β-胡萝卜素羟化酶(β-carotene hydroxylase,HYB)基因的序列差异,利用已构建的桂花花瓣转录组数据库中Unigene序列信息,结合RT-PCR技术对桂花品种玉玲珑、金球桂、堰虹桂和日香桂中2个β-胡萝卜素羟化酶基因(HYB1和HYB2)的最大阅读框进行扩增,并测序验证。生物信息学分析结果表明,4个桂花品种HYB1基因均含有长为909 bp的开放阅读框,编码302个氨基酸残基; HYB2基因均含有长为915 bp的开放阅读框,编码304个氨基酸残基。4个桂花品种HYB1和HYB2推导的氨基酸序列均具备保守的组氨酸结构域。HYB1基因核苷酸序列存在27个变异位点,其氨基酸序列存在8个变异位点; HYB2基因核苷酸序列存在12个变异位点,其氨基酸序列存在3个变异位点。进化树分析结果发现,4个桂花品种的HYB1和HYB2蛋白与茄科植物番茄和辣椒HYB蛋白亲缘性最高。     

黄瓜耐镉相关基因CsNAC019的克隆及表达分析

【目的】研究黄瓜耐镉(Cd)分子机制,结合生物信息学分析获得一个NAC转录因子家族基因CsNAC019,对其进行克隆和表达分析,为进一步将该基因用于黄瓜耐Cd品种的改良与选育提供试验基础。【方法】通过PCR技术扩增CsNAC019全长;利用NCBI和DNAMAN进行序列比对和保守结构域分析;利用Expasy、TMHMM等在线软件进行氨基酸组成、稳定系数、亲水系数分析;通过Plant CARE在线工具进行启动子序列分析;采用MEGA 6.0软件根据NJ方法,构建系统进化树;采用q RT-PCR技术检测Cd胁迫后黄瓜CsNAC019在叶中的表达情况,并用DPS 7.05数据处理系统软件进行方差及显著性分析。【结果】CsNAC019含有典型的NAC保守结构域。通过BLAST分析比对,该基因在氨基酸序列上与拟南芥NAC019存在60%的同源性,两者在从N端到C端有A、B、C、D、E 5个氨基酸相对保守区的序列高度一致。该基因CDS序列全长为960 bp,编码319个氨基酸,编码蛋白质分子量为35.66 k D,理论等电点为8.72,不稳定系数为68.18,平均亲水系数为-0.483。启动子分析表明,除含有真核生物启动子固有的TATA和CAAT元件外,CsNAC019的启动子序列还存在G-box、ABRE、W-box、P-box、TCA-element、TC-richrepeats、HSE等多种响应逆境胁迫的顺式元件。系统进化分析表明,CsNAC019与甜瓜、桃、苹果、柑桔、葡萄、大豆等15种植物NAC转录因子有64%—96%的同源性,其中与甜瓜的NAC蛋白同源性最高,为96%。通过q RT-PCR分析发现,与对照相比,CsNAC019在Cd胁迫条件下表达量明显上调(8.2倍)。【结论】CsNAC019为黄瓜Cd胁迫诱导表达基因,推测其可能通过调节下游基因的表达调控黄瓜对Cd胁迫的应答。     

苦瓜α-苦瓜素基因克隆与单倍型分析

为了揭示苦瓜α-苦瓜素基因的完整结构及单倍型,本研究以35份苦瓜初级核心种质为材料,克隆α-苦瓜素基因,结果显示,α-苦瓜素基因全长993 bp,包括60 bp的5'-UTR,72 bp的3'-UTR,861 bp的ORF,无内含子序列,编码286个氨基酸,α-苦瓜素蛋白含有RIP蛋白保守结构域。系统进化分析结果表明,除苦瓜RIP P16094.2外,α-苦瓜素蛋白与胶苦瓜3MRW_A的亲缘关系最近,而与苦瓜MAP30蛋白的亲缘关系较远。通过比较35份苦瓜种质资源α-苦瓜素基因序列,共发现5个SNP位点,5个SNP位点均位于编码区。SNP分组发现,35份苦瓜种质资源α-苦瓜素基因共存在5种单倍型。5种单倍型编码的氨基酸序列比对显示,共存在1个氨基酸变异位点,氨基酸变异位点对应于第5个SNP位点,第1、第2、第3、第4 SNP位点并未引起氨基酸的改变。该结果为进一步研究α-苦瓜素基因表达调控机制和不同单倍型编码蛋白功能差异奠定了基础。     

桃磷酸肌醇特异性磷脂酶C基因家族鉴定与分析

为了对桃(Prunus persica var.Lovell)中PI-PLC家族基因进行系统分析,利用桃基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定桃PI-PLC家族基因的基因结构、染色体定位和编码蛋白,通过序列比对进行进化和分类分析。结果表明,桃中含有5个PI-PLC家族基因,预测他们均含有9个外显子,分布于桃的2条染色体上。保守结构域分析结果显示,桃中PI-PLC蛋白均含有4个保守的EF、X、Y和C2结构域。进化树分析结果表明桃PI-PLC家族基因可分为4个亚家族。     

桃PME基因家族的鉴定与分析

果胶甲酯酶属于碳水化合物酯酶家族CE-8,是调节果胶甲酯化程度的一种普遍存在的酶,是植物细胞壁的主要成分。为深入研究桃PME基因家族的功能,利用生物信息学方法对桃基因组中PME基因家族成员进行鉴定,并对其基因组信息、蛋白生理生化特征、基因结构、保守结构域和系统进化树等方面进行了研究。结果表明:在桃基因组中共鉴定出69个PME基因,可以分为GroupⅠ、GroupⅡ两大类,GroupⅡ又可以进一步分成3个分支;PME基因在桃的8条染色体上呈现不均匀分布,并存在明显的串联重复现象,共发现18个串联重复基因簇,包含47个基因,串联重复是桃PME基因扩增的主要方式。对桃PME基因结构的分析表明,PME基因在进化上存在着一定的保守性;对桃PME蛋白氨基酸序列的多重比对发现了PME蛋白5个典型的保守结构区域;通过MEME软件对桃PME蛋白保守基序的分析发现了12个比较保守的基序。     

不同鸡种BF1基因SNP和Indel比对分析

鸡BF1基因多态性与传染性疾病的抗性有很大关系。鸡BF1基因多态性及功能尚不清楚。本研究直接测定了25个鸡种BF1基因序列,并与从NCBI下载的红色原鸡BF1基因进行了比较,构建系统进化树进行分析。结果显示,在这25个鸡种中共检测到了171个单核苷酸多态性(SNP),其中外显子上发现了108个SNP。这些外显子中SNP位点编码氨基酸166个,其中有58个氨基酸发生变异,氨基酸序列同源性高于核苷酸。外显子4和外显子1的SNP数量最多,占46%以上,第5、第6、第7、第8外显子属于保守区域。核苷酸序列缺失主要发生在外显子1和内含子5上。25个鸡种根据地理位置和气候环境大致可被分为3大类。说明,BF1基因在核苷酸多态性水平上存在较高的变异性,为鸡抗病育种提供了基础。     

梅花PmZAT12的克隆及表达分析

为筛选梅花抗寒关键基因,以‘雪梅’叶片c DNA为模板,采用RT-PCR技术克隆获得一个C2H2型锌指蛋白基因PmZAT12。该基因开放阅读框为537 bp,编码178个氨基酸,氨基酸序列比对结果显示PmZAT12蛋白含有2个高度保守的锌指蛋白结构域,以及DLN和L-Box等锌指蛋白特征序列。系统进化树分析发现PmZAT12蛋白与桃PpZAT12蛋白的亲缘关系最近。通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测了PmZAT12基因在多种非生物胁迫下的表达模式,结果表明PmZAT12基因能够持续而强烈地响应低温和干旱,而盐和ABA抑制其表达。     

柑橘类植物GPAT基因片段克隆和SNP分析

甘油-3-磷酸酰基转移酶基因是与植物抗冷性强弱密切相关的基因。根据已报道的各种植物GPAT基因的氨基酸序列上前后两个保守区设计1对简并引物,采用RT-PCR技术,分别从琯溪蜜柚、马家柚、莽山野橘等8种柑橘类植物中克隆得到315bp的GPAT基因片段。使用DNA Star5.0软件对8个片段序列进行同源性比较,8个片段的核苷酸同源性高达97.8%,与其它植物GPAT基因核苷酸序列的同源性都在72.5%以上;经过氨基酸序列推导,每个GPAT基因片段分别编码105个氨基酸,8个片段的氨基酸同源性为95.2%,与其它植物GPAT基因的氨基酸序列同源性在68.9%以上。试验克隆所得8种柑橘类植物GPAT基因片段序列存在明显的单核苷酸变异,在14个核苷酸位点存在SNPs(single nucleotide polymorphisms),导致6个氨基酸位点发生变异,多态性频率为1SNP/22.5bp,核苷酸变异度为4.45%,氨基酸变异度为5.71%。采用NJ聚类法对克隆片段的核苷酸序列进行了遗传多样性分析。     

日本文昌鱼ZP蛋白氨基酸序列多样性的初步研究

ZP蛋白家族是一类具有相对保守的ZP结构域的蛋白质,通常在精卵结合过程中起作用。从日本文昌鱼（Branchiostoma japonicum）中发现一种编码927个氨基酸残基的ZP蛋白cDNA。利用SMART预测该ZP蛋白序列含有3个结构域：透明带结构域、跨膜结构域以及低复杂度区域。利用该ZP基因的整个开放阅读框,检测该基因在日本文昌鱼群体中的氨基酸序列多样性。研究结果发现,在9个日本文昌鱼个体中扩增获得序列长度为2 481~2 784 bp,编码826~927个氨基酸。氨基酸序列比对显示,存在55个变异位点,占总氨基酸残基数的5.93%（55/927）,其中有2个个体的氨基酸序列分别存在9个和101个氨基酸残基的缺失,这可能与ZP基因的不同剪切有关。揭示了日本文昌鱼ZP蛋白序列多样性可能与该蛋白的结构与功能多样性具有一定的相关性。     

甘薯等10种作物基因的生物信息学分析

采用生物信息学相关软件对甘薯等10种NAC1蛋白的氨基酸序列及其理化性质、磷酸化位点、疏水性或亲水性、二级结构和三级结构、跨膜结构域、信号肽、亚细胞定位以及保守结构域等进行了预测和分析。结果表明:供试10种NAC1蛋白的磷酸化位点主要为丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸;这些NAC1蛋白均为亲水性蛋白,属于非分泌蛋白,不具有信号肽,没有明显的跨膜结构域;在它们的二级结构中,无规则卷曲所占比例最高;MtNAC1和CaNAC1可能定位于叶绿体,NtNAC1和GmNAC1可能定位于线粒体,甘薯及其他6种作物的NAC1蛋白可能定位于细胞核;甘薯等NAC1蛋白的三级结构与水稻NAC1蛋白具有一定的相似性;10种NAC1蛋白均含有1个NAM(No apical meristem)功能结构域。氨基酸序列比对和进化树分析显示IbNAC1与CaNAC1的亲缘关系最近。     

甘薯等10种作物基因的生物信息学分析

采用生物信息学相关软件对甘薯等10种NAC1蛋白的氨基酸序列及其理化性质、磷酸化位点、疏水性或亲水性、二级结构和三级结构、跨膜结构域、信号肽、亚细胞定位以及保守结构域等进行了预测和分析。结果表明:供试10种NAC1蛋白的磷酸化位点主要为丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸;这些NAC1蛋白均为亲水性蛋白,属于非分泌蛋白,不具有信号肽,没有明显的跨膜结构域;在它们的二级结构中,无规则卷曲所占比例最高;MtNAC1和CaNAC1可能定位于叶绿体,NtNAC1和GmNAC1可能定位于线粒体,甘薯及其他6种作物的NAC1蛋白可能定位于细胞核;甘薯等NAC1蛋白的三级结构与水稻NAC1蛋白具有一定的相似性;10种NAC1蛋白均含有1个NAM(No apical meristem)功能结构域。氨基酸序列比对和进化树分析显示IbNAC1与CaNAC1的亲缘关系最近。     

梅花PmCBFa基因的克隆与序列分析

为了找到梅花抗寒关键基因,进一步了解梅花的抗寒分子机理,在分析了NCBI核苷酸数据库中已公布的CBF/DREB1同源基因序列基础上,通过基因同源克隆结合RACE技术,在‘雪梅’花蕾cDNA文库以及‘雪梅’gDNA中均成功扩增得到梅花的1个CBF/DREB1类基因,命名为PmCBFa。该基因CDS区全长845bp,编码231个氨基酸。经核苷酸序列分析、预测编码氨基酸序列比对分析以及编码蛋白系统进化树分析表明,该基因编码的蛋白具有CBF/DREB1类转录因子保守的AP2结构域及其两翼结构序列,且与桃的DREB1同源蛋白同源性最高。该研究结果为后续PmCBFa基因在梅花抗寒分子机理的研究中提供了理论依据,为梅花抗寒育种开辟了新的途径。     

陆稻过氧化氢酶基因（OsCATB-lh） 的克隆及生物信息学分析

为深入了解陆稻过氧化氢酶(CAT)基因的序列特点和生物信息学信息,以粳型陆稻品种泸旱3号为材料,利用同源克隆技术成功获得1条陆稻CAT基因序列(Gen Bank登录号:KR133179)。该序列全长1 739 bp,其中编码区ORF全长1 479 bp,编码492个氨基酸。生物信息学分析发现,此基因是位于水稻基因组第6号染色体的单拷贝基因。对其编码蛋白分析表明,其具有过氧化氢酶保守结构域,属于CAT家族。与水稻CAT基因序列(Os CATB)进行比较发现,Os CATB-lh与水稻Os CATB基因核苷酸序列一致性达到99%,存在6个核苷酸差异位点;与水稻Os CATB蛋白序列一致性为99%,有3个氨基酸变异位点。     

家蚕核多角体病毒p10基因的克隆和分子系统进化分析

根据GenBank中家蚕核多角体病毒T3株中p10基因的保守序列,克隆得到了8个不同地区的家蚕核多角体病毒的p10基因,并分别与GenBank中的NPVp10基因进行比对.结果发现p10基因都含有1个213 bp的开放阅读框(ORF)共编码70个氨基酸,8株P10蛋白间氨基酸序列相似性为95%~100%,相似性高.与GenBank中Ac-MNPV和BmNPV的P10蛋白相比,8株BmNPV P10蛋白都缺失了3个保守结构域中的C-端结构域,只含有2个保守结构域,即N-端卷曲螺旋和Pro丰富区.     

茶树CHS基因结构及编码区单核苷酸多态性分析

【目的】通过试验获得茶树CHS基因（CsCHS）gDNA序列,以进一步确定CsCHS基因结构;研究CsCHS编码区单核苷酸多态性,并结合茶树多酚含量进行关联分析,寻找基因中可能存在的与茶多酚含量存在显著或极显著相关关系的SNP位点。【方法】根据NCBI数据库中已有CsCHS序列设计特异性引物,再分别以基因组DNA和cDNA为模板进行PCR扩增,经克隆、测序获得CsCHS1、CsCHS2、CsCHS3三个基因的gDNA和cDNA全长序列,通过序列比对方法确定CsCHS结构。利用Compute pI/Mw、SOPMA等软件对所得序列进行生物信息学分析,预测和比较CsCHS1、CsCHS2和CsCHS3三者蛋白质结构。以茶多酚含量差异较大的57份茶树品种为材料,分别以57份材料的cDNA为模板,用特异性引物进行PCR扩增,然后利用PCR产物直接测序法筛查CsCHS编码区序列的单核苷酸多态性。结合CsCHS编码区序列单核苷酸多态性和57份材料多酚含量,利用软件TASSEL进行关联分析,筛选基因中可能与茶多酚含量存在显著或极显著相关关系的SNP位点。【结果】试验获得CsCHS1、CsCHS2和CsCHS3的cDNA序列长度分别为1 277、1 320和1 242 bp,各自均包含一个长度为1 170 bp的开放阅读框;CsCHS1、CsCHS2和CsCHS3的gDNA序列长度分别为1 600、1 330和1 607 bp。通过gDNA序列和cDAN序列比对,结合真核生物内含子GT-AG法则,确定CsCHS1、CsCHS3分别包含2个外显子和1个内含子,内含子大小分别为323和356 bp,CsCHS2可能没有内含子。根据CsCHS1、CsCHS2和CsCHS3 cDNA序列推导三者对应氨基酸序列,比较三条氨基酸序列发现三者氨基酸同源性较高,达到92.6%-95.4%,CHS蛋白亚家族中的特征性保守位点在这三条序列中都能找到,生物信息学分析结果显示CsCHS1、CsCHS2和CsCHS3三者蛋白质结构高度相似。CsCHS1编码区序列中共发现71个SNP位点,SNP出现频率为1SNP/16.48 bp,无Indel,基因核苷酸多样性（π）值为0.01088;CsCHS2编码区序列中共发现55个SNP位点,SNP出现频率分别为1SNP/21.27 bp,CsCHS2核苷酸多样性（π）值（0.00530）明显低于CsCHS1;因扩增CsCHS3 cDNA序列的PCR反应成功率低,未对该基因遗传多样性进行分析。通过关联分析分别从CsCHS1和CsCHS2中找到2个和4个与茶叶多酚含量相关的SNP位点。【结论】CsCHS1和CsCHS3属于保守型CHS基因,且CsCHS1、CsCHS2和CsCHS3蛋白质结构高度相似,推测三者可能在茶树的不同部位或不同生长阶段发挥类似作用;CsCHS1和CsCHS2活跃,二者编码区内可能存在突变热点区。     

玉米Zma006292基因克隆与序列分析

【目的】玉米是世界主要农作物之一,生物及非生物胁迫对玉米产量影响严重。植物复杂的逆境胁迫信号转导途径中,NAC转录因子通过调控诸多基因的表达发挥其抗逆功能。本研究从玉米自交系B73中分离得到ATAF亚家族NAC基因Zma006292,并对其进行序列分析。【方法】RT-PCR技术克隆基因全长cDNA,通过序列比对和构建系统进化树分析Zma006292氨基酸序列特征和进化关系。通过生物信息学预测氨基酸组成特征、保守结构域、亚细胞定位和蛋白三级结构。【结果】克隆得到Zma006292全长cDNA 609bp。     

基于NBS-LRR类R基因保守结构域克隆瓠瓜抗病基因同源序列

【目的】分离鉴定瓠瓜Lagenaria siceraria抗病种质的抗病基因同源序列(Resistance gene analogs,RGAs),为瓠瓜功能性抗病基因的克隆及分子标记辅助育种奠定基础.【方法】根据已知核苷酸结合位点和富亮氨酸重复(Nucleotide binding site and leucine rich repeat,NBS-LRR)类抗病基因保守区设计简并引物,从"大籽瓠"抗性材料基因组DNA中分离抗病基因同源序列,并利用生物信息学软件进行长度变异、保守结构域、同源比对与系统进化分析.【结果和结论】基于同源克隆策略,获得23条瓠瓜NBS抗病同源序列,命名为HNB1~HNB23,Gen Bank登录号为KJ908192~KJ908214.序列分析及同源比对结果表明,这些RGAs长度变异在242~261 nt之间,18条序列具有连续开放阅读框(Open reading frame,ORF),推导氨基酸序列具有P-loop、Kinase-2a典型NBS类R基因保守结构域;核苷酸序列相似性为41.5%~98.8%,氨基酸序列相似性为21.5%~100.0%;利用NCBI Blast同源搜索发现,与其他植物尤其是冬瓜、黄瓜、葫芦及丝瓜的已知R基因具有40%~100%相似性;氨基酸序列聚类分析将其分为5个组;同源进化分析表明,23条瓠瓜RGAs均为non-TIR-NBS-LRR类R基因,与推导氨基酸序列多重比较结果一致.     

拟南芥次生生长相关NAC转录因子保守结构域分析

【目的】了解植物次生生长调控网络以及挖掘新型次生生长相关NAC转录因子。【方法】通过生物信息学手段对19个拟南芥次生生长相关NAC转录因子进行氨基酸序列比对及系统发生树的构建,寻找保守结构域,并对其保守结构域及蛋白质的二级结构、亚细胞定位等进行分析、预测。【结果】通过对19个拟南芥NAC转录因子的N端保守域进行划分,共发现A、B、C、D、E5个保守性不同、同时含有多个化学修饰位点以及疏水性区域的亚结构域,其中亚域D可能涉及DNA绑定及核定位信号功能,而位于多变氨基酸序列C端的F区与G区,可能涉及转录激活功能,而该区域也是划分次生生长相关NAC转录因子亚家族的重要区域。【结论】拟南芥NAC类转录因子的保守结构域,对于次生生长NAC转录因子家族功能的发挥具有重要作用。