大豆HMGR基因家族的鉴定与表达分析

[目的]3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是大豆皂苷合成途径的关键酶之一。从全基因组水平鉴定大豆HMGR基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用大豆HMGR基因家族生物学功能奠定基础。[方法]根据Pfam数据库中HMGR基因的保守结构域(编号PF00368),利用HMMER3.0、PFAM和SMART软件鉴定大豆基因组中的HMGR基因。采用ProtParam等软件对其基因和蛋白序列进行生物信息学分析。利用qRT-PCR方法分析GmHMGR基因在苗期根、茎、叶等不同组织中和籽粒不同发育时期的表达情况。[结果]大豆基因组中鉴定得到8个GmHMGR基因,分布于8条染色体上,编码80～608个氨基酸,相对分子质量介于8.23～64.96kD,理论等电点变化为4.89～8.24,二级结构中α螺旋和无规则卷曲所占比重较大,具有保守的基因结构和蛋白功能域。qRT-PCR分析表明,相比于其它GmHMGR基因,GmHMGR6在苗期根、茎、叶中高度表达,籽粒发育过程中GmHMGR3基因在开花后40d表达水平最高,开花后70d大豆的成熟籽粒中GmHMGR6的表达丰度最高。[结论]大豆基因组中含有8个HMGR基因,具有保守的功能结构域和基因结构。GmHMGR基因家族在苗期根、茎、叶及不同发育时期籽粒中具有多样化的组织表达模式和时空表达特征。     

大豆热激蛋白Hsp90家族基因鉴定及分析

热激蛋白Hsp90是广泛存在于微生物和动植物体中高度保守蛋白质之一,大量研究发现其参与生物体应答应激反应、信号转导、细胞周期调控、蛋白降解及转运等生理活动,具有重要研究价值,因此在许多物种中热激蛋白Hsp90基因家均被广泛关注和研究.但大豆中Hsp90基因家族详细信息尚不清楚,研究通过生物信息学分析发现共有13个Hsp...     

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。     

坛紫菜HSP20基因家族成员的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】鉴定坛紫菜（Pyropia haitanensis） HSP20基因家族成员（PhHSP20s）,并进行生物信息学及表达谱分析,为揭示PhHSP20s基因在坛紫菜生长发育和非生物胁迫下的调控机理提供理论依据。【方法】对坛紫菜基因组序列进行基因结构预测,利用隐马尔可夫模型在坛紫菜蛋白序列中搜索含有ACD结构域且分子量为12~43 kD的HSP20家族蛋白,并对其理化性质、系统进化及编码基因启动子顺式作用元件和表达特性进行分析。【结果】从坛紫菜全基因组鉴定出8个PhHSP20s基因,其不均匀地分布在5条Scaffolds上,均只含有1个外显子,无内含子,开放阅读框（ORF）长度为402~930 bp,其编码蛋白的氨基酸残基数量为133~309个,分子量为13.7~31.9 kD,理论等电点（pI）为5.50~10.49,多数蛋白呈酸性。系统发育进化树分析结果显示,陆生植物（拟南芥）、红藻（脐形紫菜和坛紫菜）和细菌（大肠杆菌） HSP20分别聚类为独立的一支,但绿藻（莱茵衣藻） HSP20聚类为2个分支,分别与陆生植物和红藻HSP20聚类在一起;红藻（脐形紫菜和坛紫菜） HSP20蛋白高度相似,亲缘关系近,可分为2个小分支,均与陆生植物HSP20的亲缘关系较远,不属于陆生植物中已报道过的任何HSP20亚族。PhHSP20s基因启动子上除了含有保守的通用元件外,还含有非生物胁迫响应元件。在PhHSP20s基因中,除PhHSP32基因几乎不在任何条件下表达外,其余PhHSP20s基因至少在1种条件下高表达,且部分PhHSP20s基因表现出相似的表达模式;部分PhHSP20s基因在不同生长阶段、光质培养条件、失水胁迫和盐胁迫下具有表达特异性,即在生殖细胞发育阶段和单性生殖孢子发育期高表达,在低盐胁迫下高表达。【结论】坛紫菜HSP20家族基因在基因数目、基因结构及系统进化上明显不同于陆生植物HSP20家族基因,推测HSP20基因复制事件在红藻和陆生植物分化之后独立发生,且在坛紫菜生长发育和非生物胁迫应答中发挥作用。     

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。     

甘草PRR基因家族鉴定及表达分析

伪应答调控（PRR）蛋白作为植物生物钟中央振荡器的重要组成部分,参与植物昼夜节律的调节,在植物生长发育、逆境胁迫响应等生命活动中发挥重要作用。利用生物信息学方法鉴定了甘草PRR蛋白编码基因,并结合转录组数据分析其在盐胁迫、干旱胁迫和低磷胁迫下的表达模式。结果表明：甘草基因组中共鉴定出7个GuPRR基因;根据系统发育进化分析将甘草PRR蛋白分为3个分支。在GuPRR启动子区还发现了大量的低温、干旱、光、茉莉酸甲酯、脱落酸和水杨酸响应的顺式元件。转录组数据分析结果表明,7个GuPRR基因在不同的组织都存在表达且响应不同的非生物胁迫。这些结果为甘草PRR基因家族的研究提供了理论的基础资料,将有助于深入了解甘草PRR基因家族的功能。     

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。     

菜粉蝶HSP20基因的克隆及温度胁迫下表达分析

[目的]克隆分析菜粉蝶(Pieris rapae)热激蛋白20基因(HSP20),并检测其在温度胁迫下的表达情况,为探析菜粉蝶适应温度胁迫机制提供参考.[方法]以菜粉蝶为试验材料,采用RT-PCR和RACE克隆获得菜粉蝶HSP20基因cDNA全长,并通过生物学软件分析其序列,明确其基因结构特征和亲缘关系;采用实时荧光定量PCR检测菜粉蝶HSP20基因在低温(-20~0℃)和高温(5~45℃)胁迫下的表达响应.[结果]菜粉蝶HSP20基因全长725 bp,5'-端非编码区105 bp,3'-端非编码区109 bp,开放阅读框531 bp,编码176个氨基酸,预测蛋白分子量19.5 kD,理论等电点6.61;其编码氨基酸序列中含有1个典型的HSP20家族结构域(位于第60~142位氨基酸)、1个α-晶体蛋白(位于第60~157位氨基酸)和1个Allato allatostatin(位于第14~24位氨基酸);基序列相似度分析其与二化螟、家蚕和甘蓝夜蛾HSP20蛋白氨基酸相似度较高并聚为一族.该基因随环境温度的升高或降低发生变化,在-5和40℃诱发该基因高效表达.[结论]低温和高温均能诱导菜粉蝶HSP20基因高效表达.     

豌豆CBF基因家族的生物信息学及低温胁迫下的表达分析

【目的】为了更加全面地探究CBF基因家族在豌豆中的进化及生物学特征。【方法】通过生物信息学方法从基因家族鉴定、结构分析、蛋白基本理化性质、亚细胞定位、染色体定位、顺式作用元件、蛋白质相互作用与表达分析等方面,对豌豆PsCBF基因家族进行系统鉴定和分子特征分析。【结果】在豌豆中共鉴定出21个PsCBF基因,染色体定位显示18个PsCBF基因分布在1、2、4、6与7号染色体上,其余3个未组装到染色体上(PsCBF19～PsCBF21)。21个PsCBF基因编码蛋白的氨基酸数在123(PsCBF09)～349(PsCBF11),且均属于疏水性蛋白。亚细胞定位预测显示18个PsCBF基因(85.71%)定位在细胞核上,二级结构主要以无规则延伸为主。蛋白基序显示同一类群的基因都具相似的保守基序特征且该家族成员包含1～7个保守基序;同一类群的基因也具有相似的基因结构,且该家族基因含1～2个外显子。PsCBF基因启动子区分析表明其含有多种顺势作用元件,在激素反应,组织特异表达以及逆境响应中起作用。蛋白聚类网络图显示其蛋白可能在豌豆应对非生物胁迫中起调节作用。此外,本研究发现低温胁迫后K_2<...     

大豆BBX基因家族的鉴定及表达

【目的】对大豆（Glycine max）全基因组BBX（B-box）蛋白基因进行鉴定和生物信息学分析,探究其对非生物逆境胁迫的响应模式,为大豆BBX基因的应用提供参考。【方法】利用生物信息学方法鉴定大豆BBX基因家族成员,分析其保守结构域、系统进化树、基因复制关系、顺式作用元件、组织特异性表达和非生物逆境胁迫（干旱和100 mmol/L NaCl胁迫,均处理0,1,6,12 h）响应模式。【结果】大豆BBX基因家族（GmBBXs）有42个成员,分布在除2和16号染色体外的18条染色体上。保守结构域分析表明,GmBBXs在N端有一个或两个B-box结构域（B-box1和B-box2）,B-box1较B-box2保守;部分成员在C端存在一个CCT结构域。系统发育分析表明,GmBBXs家族成员分为5个亚家族,分别为B1+B2+CCT（Ⅰ型和Ⅱ型）、B1+CCT（Ⅲ型）、B1+B2（Ⅳ型）和B1（Ⅴ型）类型,其成员数量分别为3,8,6,18和7。共线性分析发现,在GmBBXs基因的扩展中存在串联复制和片段复制事件,且片段复制事件比例较串联复制大。GmBBXs基因启动子上含有多种顺式作用元件,如光应答元件、逆境胁迫应答元件和激素响应元件等。GmBBXs基因表达分析结果显示,GmBBXs在大豆根、茎、叶、花、荚果和种子中的表达存在差异,不同GmBBXs响应干旱和盐胁迫的方式不同,获得的36个GmBBXs基因表达数据可分为6种表达模式。【结论】在大豆中共鉴定得到42个GmBBXs基因,分布于18条染色体上,其结构域较为保守;GmBBXs的表达具有组织特异性,参与干旱和盐胁迫响应。     

大豆SERK基因家族生物信息学及盐胁迫下的表达分析

体细胞胚胎发生类受体激酶(Somatic embryogenesis receptor-like kinases,SERK)属于富含亮氨酸重复序列类受体激酶(Leucine-rich repeat sequence receptor-like kinase,LRR-RLK)家族的第二亚家族,在进化上高度保守。SERK基因除了参与体细胞胚胎形成过程外,在植物的整个生长周期发挥多种生物学功能,如参与植物对病原菌和真菌的防御反应、响应非生物胁迫以及调控植物衰老过程。为了探究大豆SERK家族基因在盐胁迫中的功能,利用生物信息学手段对大豆SERK家族基因的染色体定位、进化关系、基因结构等进行分析,并对基因在不同组织和盐胁迫下的表达模式进行分析。结果表明:大豆SERK家族相对保守,具有类似的基因结构且同时具有相同的保守基序,此外, GmSERK1/3、GmSERK4、 GmSERK16基因的表达水平在盐处理后上调。说明大豆SERK家族基因可参与植物对盐胁迫的响应过程,为进一步研究SERK基因在大豆生长发育和环境适应性过程中的功能奠定了基础。     

大豆GmDGAT3基因的鉴定及表达分析

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)催化生成三酰甘油(TAG),在细胞油脂合成及积累中起重要作用。以花生(Arachis hypogaea)AhDGAT3为索引序列,全基因组鉴定大豆GmDGAT3基因,并应用生物信息学工具分析GmDGAT3基因编码蛋白的高级结构、系统发育和理化性质以及基因表达特征,旨在鉴定大豆(Glycine max)GmDGAT3基因。结果表明,序列比对分析发现大豆基因组有2个DGAT3蛋白,命名为Gm DGAT3-1和Gm DGAT3-2,长度分别为327,338个氨基酸,相对分子量分别为34.73,35.88 ku,二者均定位于细胞质中,且均无跨膜结构,为水溶性酶蛋白。二级结构均由α-螺旋、β转角、无规则卷曲和直链延伸组成。三维模型分析结果显示,Gm DGAT3蛋白以同源二聚体行使生物学功能。系统发育分析结果表明,Gm DGAT3蛋白与花生DGAT3蛋白同源性较高,暗示其可能有共同的进化来源。表达谱分析结果揭示,在大豆根、茎、叶、花、荚和种子中,GmDGAT3-2表达量均高于GmDGAT3-1,尤以GmDGAT3-2在花中的表达量最高。大豆基因组包含2个结构完整和有表达活性的Gm DGAT3。研究结果可为进一步解析大豆种子TAG及油脂生物合成调控机制提供科学参考。     

大豆LEA基因家族全基因组鉴定、分类和表达

 【目的】鉴定大豆全基因组中的LEA家族基因,对其进行定位、分类以及组织表达分析,为植物LEA基因的功能研究与利用提供基础。【方法】利用大豆基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定并获得大豆LEA家族基因的全序列、定位和拷贝数信息;通过序列比对进行进化和分类分析;利用大豆发育表达芯片数据、NCBI中UniGene的EST表达数据进行组织表达谱分析。【结果】系统地分析鉴定了36个大豆的LEA家族基因,根据结构域的差异和系统发育分析将这些LEA基因分成8个亚家族。基因定位分析结果表明,这些基因分布于大豆的16条染色体上,启动子分析表明,几乎全部LEA基因的启动子区含有逆境反应顺式作用元件。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,多数成员至少在一个组织中表达,10个差异表达的基因中有5个在种子发育时期优势表达,另外5个在其它部位优势表达。【结论】通过全基因组扫描,获得大豆基因组的36个LEA家族基因,它们分属于8个不同的亚家族,分布于16条大豆染色体上,启动子区含有逆境相关顺式作用元件,基因表达具有一定特异性。     

花绒寄甲HSP7O基因的特征与表达

为阐明热休克蛋白70(HSP70)在花绒寄甲(Dastarcus helophoroides)发育及雌雄成虫抵抗环境胁迫中的作用,利用实时荧光定量PCR技术分析了其在发育阶段和环境胁迫时的表达情况.从花绒寄甲转录组中获得3条HSP70基因,分别命名为D.hHSP69.09、D.hHSP70.11和D.hHSP7 1.88.发育阶段定量结果显示,3条HSP70在所有发育阶段均有表达,D.hHSP69.09在1龄幼虫期表达量最高;D.hHSP70.11和D.hHSP71.88在雄虫中表达量最高.在检测的成虫组织中,D.hHSP69.09和D.hHSP70.11在卵巢表达量最高;D.hHSP71.88在脂肪体中表达量最高.HSP70基因随温度升高(23℃升至44 ℃)、41℃下处理时间(0～ 270 min)延长、氧化剂浓度(0～ 70 mmol·L-1)的升高表达量先增加后减少,雌雄表达量差异较大.饥饿试验显示,雌雄虫表达模式不同;随饥饿时间延长,雄虫HSP70基因表达量有所降低,雌虫一定时间内有所上升.因此,花绒寄甲HSP70可能与不同发育期的转换、幼虫的蜕皮行为相关;HSP70对温度、氧化和饥饿胁迫的应激敏感程度和表达水平不同,能够有效应对高温、氧化、饥饿等环境胁迫.     

蛋白质饲料鱼粉、豆粕的掺假鉴定及分析

对蛋白质饲料鱼粉和豆粕的掺假鉴定方法进行了概述.分析结果表明,蛋氨酸和赖氨酸含量可作为鉴定这两种饲料掺假与否的指标.     

马铃薯 HSP90基因家族的全基因组鉴定及高温干旱胁迫下的表达分析

热激蛋白HSP90是植物中一类高度保守的分子伴侣,参与细胞内蛋白质稳态调控、底物蛋白的激活和热激因子的调控,在高温干旱等逆境胁迫中发挥重要作用。从12个茄科植物基因组中共鉴定出130个 HSP90基因,包含马铃薯的11个 HSP90基因,马铃薯 HSP90基因与番茄属植物的亲缘关系最近。马铃薯HSP90蛋白质基序较为保守;马铃薯 HSP90基因启动子分析发现其包含植物激素、高温胁迫、干旱胁迫响应等顺式作用元件。通过对高温、干旱胁迫条件下的马铃薯 HSP90基因进行qRT-PCR分析,热激后大多数 HSP90基因显著上调,4个 HSP90基因表达量极高;干旱胁迫下多数 HSP90基因也呈上调趋势,其中1个 HSP90基因表达量极高。STRING数据库预测出HSP90蛋白的22个伙伴蛋白,其功能涉及逆境胁迫应答、生长发育、信号转导等生物学过程;蛋白质互作网络分析发现5个高表达量 HSP90基因参与调控内质网未折叠蛋白反应（UPR,unfolded protein response）、细胞内蛋白质降解与活性氧（reactive oxygen species,ROS）生成,在抵抗极端逆境胁迫中发挥重要作用。     

大豆GmFtsH2基因的克隆及表达分析

为了进一步了解FtsH基因在大豆中的表达特性和功能,通过GenBank中拟南芥等其他植物FtsH基因序列设计1对简并引物,从盐处理的大豆叶片中克隆GmFtsH2的全长cDNA序列,并利用在线生物信息学软件对其进行分析.采用实时荧光定量PCR方法分析GmFtsH2在低温、盐、干旱和高温处理下的表达情况.从大豆中克隆到一条...     

大豆GmPLC2基因的序列分析及表达特性

提取大豆叶片总RNA,利用RT-PCR法克隆GmPLC2基因的全长序列;利用生物信息学软件分析GmPLC2的蛋白三维结构及氨基酸组成、构建系统发育树;同时,利用实时定量PCR方法分析在不同逆境胁迫下GmPLC2基因的表达模式。结果表明:从大豆中克隆得到的GmPLC2基因全长1779bp,编码592个氨基酸。GmPLC2基因与绿豆、红车轴草的PLC基因编码氨基酸相似性为84.29%和79.63%。荧光定量PCR分析发现,盐碱、盐、碱、干旱和ABA胁迫处理后大豆叶片中GmPLC2基因的表达量出现不同程度的升高,碱胁迫6h时GmPLC2基因的表达量为0h的4倍。     

沙田柚热激蛋白HSP90基因的鉴定分析

为探明沙田柚自交不亲和分子机理,以沙田柚(Citrus grandis var.Shatianyu Hort)自交和异交花柱为材料,对其进行转录组测序;通过差异分析获得相关基因,并研究其理化性质。结果表明:获得的Hsp90基因全长2 602bp(GenBank登录号:KU517851),开放阅读框(ORF)全长为2 100bp,编码699个氨基酸,编码的蛋白质分子量为80.55KDa,理论等电点为5.01,含有1个与HSP90超家族(HSP90superfamily)相同的保守结构域。沙田柚Hsp90蛋白氨基酸的同源性与甜橙(XM_006490568)、克莱门柚(XM_006421973)亲缘关系较近,同源性高达99%,属同一进化分支。     

植物HSP70反义基因工程雄性不育表达载体的构建及鉴定

构建由水稻花药特异性启动子Osg6B驱动的植物HSP70反义表达载体,为进一步通过基因工程创制植物雄性不育奠定基础。