玉米全基因组中NAC基因家族的鉴定与分析

本试验利用生物信息学方法预测了玉米NAC基因家族成员、基因结构、染色体定位和系统进化关系。结果表明,玉米NAC基因家族包含128个成员,依据其在染色体上的位置系统命名为Zm NAC001~Zm NAC128;Zm NAC分布在10条染色体上,且分布不均;Zm NAC基因与拟南芥NAC基因具有一定相似性,可分为13个亚家族;基因结构分析发现绝大多数Zm NAC基因含有1~3个内含子;miRNA靶基因预测发现7个Zm NAC基因为miRNA164的靶基因。     

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1～10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。     

苹果全基因组PAL基因家族成员的鉴定及表达分析

根据金冠苹果参考基因组,利用BLAST在线网站鉴定得到苹果基因组中共8个PAL基因,所有MdPAL蛋白都含有MIO保守结构域(Ala-Gly-Ser)。分组鉴定和进化树分析结果显示,MdPAL蛋白可以被分为3组,分子量在47.713~81.748 ku,等电点在5.44~6.39,进化关系较近的成员拥有相似的基因结构和蛋白保守基序分布。利用GEO数据库和实时荧光定量PCR的方法检测苹果长富2号品种中PAL基因在不同组织器官及5个不同果实发育阶段的表达情况。不同组织器官表达结果表明,MdPAL2、MdPAL3/4/6/7、MdPAL8在叶中表达最高,而MdPAL1和MdPAL5在花中表达最高,表达模式存在多样性。不同果实发育阶段表达结果发现,MdPAL表达规律不同,所有MdPAL在幼果发育期或果实成熟期显著升高(除MdPAL1外),暗示其在果实发育和成熟过程具有重要作用。     

柑橘U-box基因家族的鉴定及表达分析

目的通过生物信息学分析U-box在柑橘基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性以及对非生物胁迫和激素的响应,解析柑橘U-box基因家族的生物学功能。方法 根据已经报道的拟南芥U-box基因,利用Phytozome数据库中的BLASTp工具鉴定柑橘基因组中的U-box基因。采用MEGA6.0、Cello、SMART、GSDS2.0、ExPASy和MapChart等软件构建系统进化树、亚细胞定位预测、预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质、绘制家族成员Scaffold定位图等,分析U-box基因家族在低温胁迫下表达模式,利用实时荧光定量PCR技术（qRT-PCR）检测柑橘U-box基因家族部分成员在NaCl、PEG6000和不同激素处理下的表达情况。结果 从柑橘克里曼丁（Citrus clementina）全基因组中鉴定出56个CcPUBs基因家族成员,可将其分为7类,即U-box only、U-box+ARM-1、U-box+WD40-1、TPR+U-box、Kinase+U-box、U-box+ARM-2和U-box+WD40-2。该家族蛋白理论等电点分布在5.19—9.14,编码的氨基酸数目介于281—1 441;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员位于细胞不同位置,主要位于细胞核或叶绿体,少数位于质膜;聚类分析发现,柑橘U-box与单子叶植物水稻的亲缘关系较远,柑橘中具有相同结构域的成员和拟南芥具有相同结构域的成员聚在一起,表明柑橘U-box成员具有不同生物学功能;Scaffold定位分析发现,56个U-box成员分布在1—9 Scafflod上且呈不均分布。在冷胁迫下的RNA-Seq分析结果表明,U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答,并表现出4种不同的应答模式;从柑橘U-box基因家族的5个不同簇上分别选取1个代表基因进行qRT-PCR,分析结果表明,CcPUB48在金柑的各个组织中均有表达,CcPUB9和CcPUB4主要在茎和花中表达,CcPUB10主要在花、茎和幼果中表达,CcPUB41主要在叶和茎中表达,体现了不同U-box成员的组织特异性的表达差异。CcPUB4、CcPUB10和CcPUB41在NaCl胁迫下表达均上调,而CcPUB48在盐胁迫下的表达无明显变化。CcPUB4在Na₂CO₃处理下表达明显上调,与NaCl处理存在一致的表达趋势,而CaCl₂处理下的表达与NaCl处理下的表达趋势却存在差异。在PEG6000的处理条件下,CcPUB4的表达量呈现先上升后下降的趋势,CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48在PEG6000的处理下无明显变化。在赤霉素（GA₃）处理下,CcPUB4在3 h时明显上调,在生长素（IAA）和脱落酸（ABA）下呈现无规律变化,CcPUB10在ABA处理下表达量表现出逐渐上升。结论 从柑橘克里曼丁全基因组上鉴定出56个U-box基因成员,各成员均含有U-box保守结构域,并位于细胞的不同位置。U-box基因家族参与植物对冷胁迫的应答并表现出4种不同的应答模式,在NaCl、PEG6000和激素处理下,CcPUB4和CcPUB10有不同程度的响应,而CcPUB9、CcPUB41和CcPUB48响应不明显或未响应。     

玉米COBRA家族成员全基因组鉴定与表达模式分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定的植物特异性蛋白,在初生和次生细胞壁的纤维素生物合成中发挥重要作用。通过生物信息学方法,从玉米基因组中发现了9个COBRA家族基因,并对其基因结构、系统发育和表达模式等进行了分析。结果表明,9个COBRA家族基因都含有CCVS保守结构域,并且均定位于细胞膜上。系统进化分析结果显示,该家族可以分为2个亚族,每个亚族内的基因具有相似的基因结构和理化性质。基因表达分析结果表明,所有COBRA家族成员响应多种非生物胁迫,且当植株受到紫外照射处理时,ZmCOBL1～ZmCOBL3和ZmCOBL7～ZmCOBL9这6个基因均表现出上调应答。     

萝卜全基因组SUS基因家族成员的鉴定与分析

利用生物信息学方法,对萝卜全基因组SUS基因家族成员进行鉴定与表达分析,结果表明:1)从萝卜基因组中鉴定出7个SUS基因家族成员,且每个家族成员均包含3个保守基序,外显子数量为11～14个.2)根据进化树聚类结果,7个SUS基因家族成员可分为3大类,即SUS Ⅰ、SUS Ⅱ和SUS Ⅲ,它们分别包含2个、2个和3个SU...     

辣椒WOX基因家族的鉴定及表达分析

利用辣椒的全基因组数据从辣椒中鉴定出了10个WOX基因,并按照其在染色体上的分布顺序命名为CaWOX1、CaWOX2、 CaWOX3、…、CaWOX10,对它们的理化性质、染色体定位、与番茄的进化关系、蛋白保守基序、组织表达水平及在高温(42 ℃)、低温(10 ℃)胁迫下的表达水平进行分析。结果表明：辣椒WOX基因家族各成员的理化性质差异较大,10个家族成员编码的氨基酸长度为127~318 aa,蛋白相对分子质量为14 740~36 070,开放阅读框长度为384~957 bp,蛋白理论等电点(PI)为5.66~10.01;在染色体上的分布较为均匀,大部分分布在染色体的两端;系统进化树分析表明,辣椒WOX基因家族可分为现代、中间、古代3支,与番茄进化关系一致;蛋白保守基序显示,除CaWOX3外,其余蛋白都含有Motif1与Motif2,且二者总是紧密相连出现;组织表达水平分析表明,除了部分CaWOXs具有特异性表达模式外,大部分成员在组织中不表达或弱表达;高温、低温处理能够刺激或抑制WOX基因家族成员的表达。     

油棕脱落酸受体PYL基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】鉴定油棕（Elaeis guineensis）脱落酸（ABA）受体PYR/PYL/RCARs （PYL）基因家族成员,分析其表达特性,为探究ABA信号通路在油棕果肉成熟过程中的功能研究提供理论依据。【方法】以拟南芥和水稻的PYL蛋白氨基酸序列作为参考序列,通过BLASTp比对及保守结构域预测分析从油棕基因组中鉴定出PYL基因家族成员,利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、启动子顺式作用元件及编码蛋白的理化性质、保守结构域、进化关系进行分析,并采用实时荧光定量PCR对PYL家族基因在不同组织、不同发育期果实及外源ABA处理下的表达特性进行检测。【结果】从油棕基因组中共鉴定出12个油棕PYL基因家族成员（EgPYL1~EgPYL112）,分布在8条染色体和1个Scaffolds上,含有1~3个外显子,开放阅读框（ORF）为564~765 bp,编码187~254个氨基酸,蛋白分子量为20.95~28.33 kD,等电点（pI）为5.26~7.95,不稳定指数为32.67~52.87,脂溶指数为73.87~87.60,总平均亲水性为-0.68~-0.17。12个PYL家族蛋白均含有特征结构域PYR/PYL/RCAR,分为3个亚族。EgPYL1和EgPYL6基因具有共线性,EgPYL4、EgPYL5、EgPYL9和EgPYL11基因具有共线性。EgPYLs基因的启动子上含有大量植物激素响应元件、逆境胁迫响应元件和光响应元件。EgPYLs基因在根、茎尖、叶、花和果肉中均有表达,但表达量差异较明显。EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9基因的表达量随果肉成熟度增加逐渐升高,在23周达峰值。11个Eg PYLs基因均受外源ABA诱导表达。【结论】大多数PYL基因家族成员参与油棕对ABA的响应,且部分成员（如EgPYL7、EgPYL8和EgPYL9）在油棕果实发育中发挥重要的调控作用。     

珍珠粟WOX家族全基因组鉴定及表达

WOX转录因子作为植物特异性转录因子,在植物生长发育及非生物胁迫响应过程中发挥了重要作用,探究珍珠粟WOX家族基因的详细特征及功能有助于进一步解析其在珍珠粟生长发育各个环节中的调控过程.本研究在珍珠粟基因组中共鉴定得到15个WOX家族基因成员.利用生物信息学方法对蛋白理化性质、亚细胞定位分析表明,珍珠粟WOX家族蛋白成员大部分为不稳定酸性亲水蛋白,大多定位在细胞核中.对基因上游启动子区域分析表明,在WOX家族基因启动子区域存在大量与光响应、植物激素响应、抗逆性、生长发育相关的顺式作用元件.保守基序分析发现了2个构成WOX家族基因成员特有结构域的基序.为探究珍珠粟与其他物种的进化关系,构建珍珠粟、拟南芥、水稻、紫象草物种间系统发育进化树并将其分为古代支、中间支、现代支,同一分支下基因成员基序的个数、次序具有相似性.实时荧光定量PCR检测表明,珍珠粟WOX家族基因成员的表达模式具有明显的组织特异性.本研究为深入探讨珍珠粟WOX家族基因的功能提供了有价值的信息.     

黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析

【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,...     

辣椒CaNRAMP基因家族的鉴定与表达分析

为了初步研究辣椒(Capsicum annuum L.)NRAMP家族基因在重金属镉胁迫下的表达情况,通过生物信息学方法从辣椒基因组中鉴定出NRAMP基因,并对这些基因的序列结构、系统进化树、表达谱等进行系统分析。结果表明,辣椒中含有5个具有典型NRAMP结构域的基因,根据其在染色体上的位置,分别将其命名为CaNRAMP1～CaNRAMP5,根据系统进化分析,将辣椒的NRAMP基因分为2类,Ⅰ类包含2个基因(CaNRAMP1、CaNRAMP3),分别含有10、12个内含子,Ⅱ类包含3个基因(CaNRAMP2、CaNRAMP4、CaNRAMP5),均含有3个内含子。基于基因组织表达模式的分析结果表明,CaNRAMP1在不同组织中均未检测到其表达;CaNRAMP5的表达集中在花器官,其余CaNRAMP基因均有不同的表达模式;通过逆转录定量PCR(qRT-PCR)分析发现,辣椒苗期中的叶片经过镉处理后,CaNRAMP3基因呈明显上调的趋势,参与镉胁迫反应的正向调控,其他基因则不参与镉胁迫反应的调控。研究结果为进一步分析辣椒NRAMP基因家族的功能奠定了基础。     

花生KNOX基因家族的全基因组鉴定及组织表达分析

为研究花生KNOX基因家族在生长发育以及非生物胁迫响应中的功能,本研究采用生物信息学手段在栽培种花生基因组水平上对KNOX基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、基因结构、蛋白质保守结构域、系统进化、启动子顺式作用元件以及组织与逆境下的表达模式进行分析。结果显示：花生基因组中共有26个KNOX基因家族成员,分布在17条染色体上,绝大多数编码酸性蛋白,均为亲水性蛋白,并全部定位于细胞核。系统发育分析可将花生KNOX家族分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,并进一步分为4个亚组。启动子分析发现一些与生长发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用调控元件。全生育期组织表达分析结果显示,ClassⅠ类基因表达组织特异性明显,主要在花、营养茎尖、生殖茎尖、果针等组织中高表达;ClassⅡ类基因时空表达更广泛。在7种非生物胁迫处理下,部分基因表达量变化较大,其中5个基因响应特定胁迫,RT-qPCR验证了2个特异性响应PEG胁迫的基因。本研究为进一步探究花生KNOX基因在生长发育、逆境响应中的功能奠定了基础。     

芥蓝TCP家族全基因组鉴定及表达分析

为明确芥蓝TCP家族相关基因在叶片发育中的功能,基于甘蓝基因组数据,分析鉴定出芥蓝TCP基因家族有40个成员,参考拟南芥同源TCP基因注释及拟南芥数据库基因的相对表达量,初步选取BoTCP21和BoTCP25基因,采用qRT-PCR分析。结果表明：BoTCP21和BoTCP25均在叶片中大量表达,但二者在真叶不同部位的表达模式存在差异。为了进一明确TCP基因家族中参与叶片发育的基因,采用生物信息学方法并结合qRT-PCR对BoTCP家族进行了全面分析。结果显示：40个BoTCP都属于非分泌亲水性蛋白,分别定位在8条染色体上;系统进化树构建和亲缘关系分析将芥蓝中的BoTCP成员归为3类,其中PCF亚家族有19个成员,CYC亚家族8个成员,CIN亚家族13个成员。qRT-PCR结果表明：BoTCP21和BoTCP25在真叶和薹叶中具有较高的表达量,BoTCP14在开花结荚的植株根部表达量较高,而BoTCP16则在抽薹植株的根部表达量最高,说明BoTCP家族成员在组织部位表达存在时空特异性且广泛参与了植株的形态建成和器官发育。     

玉米泛素结合酶基因家族的生物信息学及表达分析

[目的]利用生物信息学分析玉米泛素结合酶(E2)基因家族的理化性质和功能,并研究低磷处理下泛素E2基因在玉米幼苗不同组织部位的表达情况,为深入研究泛素E2基因响应低磷胁迫的分子机制提供理论参考.[方法]以MEGA 6.0邻接法(NJ)构建拟南芥、水稻和玉米E2基因家族成员的系统发育进化树,利用生物信息学方法对75个玉米E2基因进行序列分析及理化性质预测.对玉米幼苗进行低磷处理,分别在0、1、6和24 h时采集其根部和叶片样品,并分别通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其E2亚家族XVIII成员基因即ZmUBC17、ZmUBC18、ZmUBC48、ZmUBC57和ZmUBC58在玉米幼苗不同组织中的表达情况.[结果]拟南芥、水稻和玉米的E2基因可划分为18个亚家族,各亚家族间基因功能和进化关系较相近,但含有的E2基因数量差异明显,以亚家族VI的成员最多,亚家族X、XII和XV的成员数最少,均为3个,各亚家族中均分别含拟南芥、水稻和玉米E2基因各1个.玉米E2基因的编码区序列(CDS)长度为402~2616 bp,编码133~871个氨基酸,外显子数目数量存在明显差异,以4~6个居多,最少为1个,最多为12个.86.8%的玉米E2蛋白为不稳定蛋白.玉米E2亚家族XVIII成员中,ZmUBC18、ZmUBC48、ZmUBC57和ZmUBC58蛋白UBC结构域序列具有高度相似性,但与ZmUBC17存在明显差异,且这4个基因在玉米根和叶中均有表达,基因表达模式相似,整体上在低磷处理6 h时的表达量最高;低磷处理下ZmUBC17基因在根中不同时间点的表达量变幅较小,但在叶0~24 h时的表达量呈逐渐升高的变化趋势,尤其是24 h时表达量达最高,表明ZmUBC17基因的响应部位是叶片.[结论]玉米泛素E2蛋白可能参与调控对磷元素的吸收,尤其是ZmUBC17基因具有组织表达特异性,在叶片中大量表达,推测ZmUBC17基因通过调控玉米对磷元素吸收和转运间接影响光合作用效率.     

番茄LBD基因家族的全基因组序列鉴定及其进化和表达分析

【目的】从番茄全基因组中鉴定LBD基因,并进行基因进化、基因结构、染色体定位以及组织表达和诱导表达分析,为番茄LBD基因的功能研究与利用奠定基础。【方法】利用番茄基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定番茄LBD家族成员;采用MEGA5软件进行系统进化树分析;通过perl程序、MapDRAW及GSDS工具进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的番茄芯片数据进行组织表达谱和基因表达响应分析。【结果】系统分析鉴定了 46 个番茄LBD 家族基因,根据基因结构及系统进化分析将其分成class I与class II两类,细分为5个亚家族（Ia、Ib、Ic、Id与II）。基因定位表明,12 条染色体中的 10 条均有LBD 基因,该基因家族的分布具有广泛性。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,LBD 家族基因具有不同的组织表达模式,在各个发育时期均有LBD 基因的表达。基因响应分析发现,不同LBD基因响应不同的外界信号。【结论】通过全基因组分析,番茄LBD家族基因包括 46 个成员,在进化上分为两大类,5 个亚家族,分布于 10 条染色体上,组织表达模式及基因响应具有多样性。这些信息为番茄LBD基因家族的功能分析奠定了基础。     

小豆AUX/IAA基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】生长素是一种必需的植物激素,而AUX/IAA是生长素原初响应因子在环境胁迫中植物生长和发育中起着至关重要的作用。为了解VaIAAs在小豆生长发育过程中的生物学功能,对VaIAAs基因家族进行全基因组鉴定和分析。【方法】利用生物信息学对小豆的AUX/IAA进行全基因组鉴定和分析,基于RNAseq分析VaAUX/IAA基因家族在各组织的表达模式。【结果】在小豆全基因组共鉴定到41个VaIAAs基因,亚细胞定位显示均为定位为细胞核。系统发育分析显示来自小豆、拟南芥（Arabidopsis thaliana）和水稻（Oryza sativa）的AUX/IAA蛋白聚集成6组。基因结构分析表明,所有基因均含有内含子数目1～8个,VaIAAs基因包含1～21个外显子。顺式作用元件分析发现参与响应生物/非生物胁迫顺式作用元件最多,包括最常识别到的ATTATA.bos、G-box和sp1基序,还发现富集在厌氧诱导响应元件ARE和植物抗逆相关的MYB元件。蛋白-蛋白互作网络分析发现,所有VaIAAs均与ARF相连,此外还有部分基因与AXR3（生长素诱导阻遏因子）、MP（转录因子B3家族蛋白）等基因...     

甜瓜持绿蛋白基因家族的全基因组鉴定及进化分析

持绿蛋白在调节植物叶绿素降解和衰老过程中起到非常重要的作用,利用公布的甜瓜基因组数据,使用生物信息学方法对甜瓜全基因组SGR基因的结构、系统进化关系、保守基序及表达谱进行分析。结果表明：甜瓜中共有4个SGR类型基因,命名为CmSGR01~CmSGR04,其蛋白质在167~257 aa之间,通过系统进化树分析,发现甜瓜与黄瓜属同一科,它们的SGR聚在一起,说明相对其他物种,二者的SGR蛋白在其他物种分化后进化较小;MEME软件分析发现了SGR因含有5个保守的基序。通过甜瓜SGRs基因家族的系统分析,为进一步阐明甜瓜中SGR蛋白结构及功能提供理论基础和有价值的资料。