谷子TGA转录因子家族全基因组鉴定与分析

TGA转录因子在植物器官发育和抗病反应中发挥着重要作用。为了探究C₄模式植物谷子TGA基因家族成员的结构和功能,为进一步探索TGA转录因子的生物学功能提供理论基础,以拟南芥TGA基因家族的氨基酸序列为参考序列,从xiaomi基因组中鉴定出16个TGA基因,命名为Si TGA1～Si TGA16,并利用生物信息学软件对其结构和表达模式进行分析。结果表明,Si TGAs在9条染色体上均有分布,其中在2号和5号染色体上均含有3个基因;在3、4号和6号染色体分别分布有2个基因;在1、7、8号和9号染色体上分别仅有1个基因。理化性质分析结果显示,Si TGAs的二级结构主要为α-螺旋,无规卷曲次之;Si TGAs亚细胞主要定位在细胞核。进化关系结果显示,16个Si TGAs分属6个亚类,这些亚家族分别含有4、4、1、5、1、1个基因,与高粱的亲缘关系最近,其中亲缘关系近的Si TGAs的基因结构、保守基序、保守结构域具有保守性。TGA基因家族成员的进化关系及Si TGAs在谷子中的表达模式结果显示,谷子TGA基因家族在谷子的抗逆反应、抗病反应、花器官发育以及茎尖、芽尖分生组...     

谷子抗旱相关蛋白激酶基因家族鉴定及表达分析

[目的]蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶,普遍存在于植物体中,参与调控植物生长发育和抗逆等多种生理反应。本文旨在探究谷子响应干旱胁迫与蛋白激酶之间的关系,为谷子抗旱品种的培育提供参考。[方法]运用生物信息学方法,分析了谷子蛋白激酶基因家族的35个抗旱相关蛋白激酶基因的系统进化关系、基因结构、保守基序、保守结构域、启动子顺式元件以及在干旱处理下和不同组织中基因表达水平。[结果]这35个谷子抗旱相关蛋白激酶基因分布于8条染色体上,被分为4个亚家族;多数亲缘关系较近的基因,其外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域也较为相似,它们可能具有功能上的相似性;启动子元件分析发现,多数基因启动子区含有ABA响应元件(ABRE)和干旱诱导响应元件(MBS);组织特异性表达发现,SiPK20和SiPK25基因表现出显著的组织特异性表达模式,SiPK20在叶中表达量较高,SiPK25在根中表达量较高;干旱诱导基因表达分析显示,在抗旱品种勾勾母鸡咀中,干旱处理后SiPK1和SiPK4基因表达量显著上升,并且SiPK1、SiPK4启动子区域都含有较多的MBS元件,说明SiPK1和SiPK4极有可能参与谷子干旱胁迫响应,并且SiPK4在根中表达量较高。[结论]SiPK4可能通过调控谷子根部发育参与根部对干旱胁迫的应答反应,可作为抗旱相关的候选基因。     

谷子WAK基因家族全基因组鉴定及表达分析

细胞壁关联蛋白激酶（Wall-associated kinases,WAKs）是一类独特的类受体蛋白激酶（Receptor like ki?nases,RLKs）,在寄主植物抗病反应中起着关键作用。为分析谷子WAK基因家族的特征及潜在功能,基于已研究发表的拟南芥、水稻WAK蛋白序列,通过同源序列比对的方法对xiaomi全基因组进行WAK基因家族鉴定,借助TBtools、MEGA等软件对谷子WAK基因理化性质、基因定位、系统进化、保守结构域、顺式作用元件进行分析。结果表明,共鉴定到谷子WAK家族成员41个,在谷子1～9号染色体上均有分布,编码590～1 131个氨基酸;蛋白质分子质量为65.62～123.36 ku,等电点为5.18～8.49;Si3g36660、Si7g23280、Si8g19780的蛋白表现为疏水性,其他蛋白均为亲水性;亚细胞定位预测结果显示,28个基因定位于质膜,6个基因定位于叶绿体,其他基因分别定位于高尔基体、液泡、内质网、细胞外基质。系统发育分析结果显示,谷子、拟南芥和水稻的WAK基因家族可分为5类,其中,Si1g24650与Os01g26174、Si1g123...     

谷子GH5基因家族全基因组鉴定和表达分析

糖苷水解酶5(GH5)属于最大的糖苷水解酶家族,在细胞壁合成与降解过程中发挥重要作用。为解读谷子GH5基因家族特性,通过生物信息学方法对谷子进行全基因组扫描,鉴定并分析谷子GH5家族成员。结果表明,谷子具有18个GH5基因(命名为SiGH5-1~SiGH5-18),不均匀分布在8条染色体上。SiGH5蛋白具有保守结构域,叠合比对发现不同物种GH5蛋白结构高度保守。多物种系统发育树分析表明,GH5蛋白具有种属特异性特点。基因结构分析发现,同一分支的GH5蛋白具有相似的基序分布,GH5成员具有外显子改组现象。表达谱分析发现,谷子GH5家族基因属诱导型表达,其中,SiGH5-8、SiGH5-17在谷子各器官和非生物胁迫过程中均具有较高表达量。启动子分析鉴定到大量激素类响应元件,暗示GH5家族成员通过响应植物内源激素发挥调控作用。     

谷子NF-YB基因家族的鉴定与生物信息学分析

为进一步明确谷子NF-YB基因家族结构的功能,研究利用生物信息学分析了谷子NF-YB基因家族的数目、染色体分布、进化关系、保守基序、保守结构域及组织表达情况。结果表明,在谷子中共鉴定出16个NF-YB基因,谷子NF-YB基因家族在染色体上呈不均匀分布;大多数亲缘关系较近的谷子NF-YB基因家族成员的外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域较为相似,且NF-YB基因家族不同成员在谷子不同组织中的表达量存在显著差异。研究结果可为进一步探索NF-YB基因家族的功能奠定理论基础。     

谷子bZIP转录因子家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

谷子是我国重要的杂粮作物之一,其籽粒营养价值高、可药用,茎秆可以作为饲料。bZIP基因家族是植物中家族成员数量最多的转录因子家族之一,其调节包括病原防御、光反应和胁迫信号、种子成熟和花发育等过程。利用谷子的全基因组数据库,通过多种生物信息软件及在线网站对谷子bZIP转录因子家族进行全基因组鉴定,并分析其系统进化、基因结构、蛋白质理化性质、保守基序、启动子顺式作用元件和表达量情况。结果表明,谷子bZIP转录因子家族共有85个基因;亲缘关系较近的谷子bZIP基因的基因结构较为相似;所有bZIP转录因子蛋白质都有模体motif1,motif1在蛋白质序列中最为保守,其中的碱性氨基酸R以及L最保守;bZIP转录因子家族基因的启动子顺式作用元件种类较多,包括ABRE、ARE、CAT-box、G-box等元件,其参与调控胁迫响应、生长发育等过程。基因表达分析结果表明,亲缘关系较近的家族成员具有相似的表达特异性,SibZIP转录因子在根、花和叶片中均有成员表达;SibZIP11、SibZIP12和SibZIP72等在干旱处理的根中表达量较高。谷子bZIP转录因子家族分析结果可为进一步研究谷子bZIP...     

番茄组蛋白修饰基因家族鉴定及表达分析

【目的】植物组蛋白的功能修饰包括乙酰化修饰和甲基化修饰,在植物生长发育及逆境响应的过程中发挥着重要作用。番茄组蛋白修饰（Histone modification,HM）基因家族的生物学功能及分子机制尚不清楚,该文旨在进一步明确番茄 HM 基因的生物学功能,为其分子机制研究及番茄遗传改良奠定基础。【方法】基于番茄基因组数据库鉴定番茄 HM 成员,利用生物信息学的方法系统分析其 HM 基因家族成员的系统进化、基因结构、染色体定位,通过在线转录组数据分析番茄 HM 基因家族时空表达模式。【结果】共鉴定到 148 个番茄 HM 基因,其中32 个编码组蛋白乙酰转移酶（Histone acetyltransferase,HAT）,11 个编码组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylase,HDAC）,50 个编码组蛋白甲基转移酶（Histone methyltransferase,HMT）,55 个编码组蛋白去甲基化酶（Histone demethylase,HDM）。148 个基因不均匀地分布在 12 条染色体上,其中 3 号染色体上分布最多、有 21 个基因,12号染色体上分布最少、有 4 个基因。基因结构特征分析表明,番茄 HM 基因之间外显子的差异较大,最多可达 34 个、最少仅有 1 个。蛋白质结构域分析结果显示,Solyc07g064130、Solyc11g005670、Solyc10g006480 仅含有 Ubl 结构域,Solyc07g062100、Solyc10g077110 和 Solyc03g083310 仅含有 Zn-finger 结构域,另有 10 个成员含有 Bromo 结构域、48 个成员含有 SET 结构域,其他成员还包含 PLN02529、PRMT5 等结构域。此外,番茄 HM 与拟南芥和水稻中的同源蛋白关系均较远,且与水稻相比,番茄 HM 序列与拟南芥同源蛋白序列亲缘关系较近。根据聚类分析,将番茄HM 分成 HAT、HDAC、HMT、HDM 4 个家族。组织表达分析表明,HAT 家族在发芽后 30 d 的花（F30）、开花后10 d 的果实（10 DPA）、花（fr）、根（rr）、未成熟的果实（Plgfr）中高表达;HDAC 家族在发芽后 30 d 的花（F30）和未成熟果实（Plgfr）中高表达;HMT 家族在发芽后 30 d 的花（F30）、在全株 50% 的花开放时的花（F45）、花蕾（br）、3 cm 果实（3fr）、未成熟 5 cm 果实（PB+5fr）中高表达;HDM 家族在发芽后 30 d 的花（F30）、在全株 50% 的花开放时的花（F45）、花蕾（br）、花（fr）、根（rr）、3 cm 果实（3fr）、未成熟 5 cm 果实（PB+5fr）中高表达。【结论】不同番茄 HM 的基因结构差异较大,包含多种功能结构域。番茄 HM 与拟南芥、水稻 HM 的同源关系较远,且在植物不同生长发育阶段及不同器官组织中均有一定的表达,表明该类基因可能参与番茄多种生长发育过程。     

谷子CDPK基因家族全基因组序列鉴定及进化分析

钙依赖蛋白激酶(CDPK)是一类主要的钙信号感受器,对钙信号的感知和解码起重要调控作用.为揭示CDPK在谷子生长发育和抗逆防御机制中的作用,该研究利用生物信息学的方法,从谷子基因组中鉴定出28个SiCPKs基因,对这些家族成员的基因结构、系统进化、染色体定位、基因复制及其所编码蛋白的理化性质进行系统生物信息学分析.结果表明,该研究鉴定出的28个SiCPKs基因所编码的氨基酸长度为51.82～68.32 kD,等电点为4.97～9.01,氨基酸序列绝大多数含有4个EF-Hand功能域且高度保守;基因结构预测结果表明,大多数SiCPK基因均含有6～8个外显子,染色体定位结果表明,28个SiCPKs基因分别定位在8条染色体上,其中9号染色体上最多(6个),4号染色体上没有;为了进一步分析谷子和其他物种的同源进化关系,构建了谷子与拟南芥、水稻、莱茵衣藻、小立碗藓的CDPK进化树,发现莱茵衣藻与小立碗藓单独聚类,谷子与水稻的亲缘关系比拟南芥近;共线性分析表明,谷子与水稻基因间存在串联重复和片段重复,它们是谷子CDPK家族成员扩张的主要动力.综上所述,谷子28个CDPK基因在进化上分为4个亚家族,基因结构的复杂程度与进化树聚类存在联系,串联复制是基因家族成员扩增的进化途径之一.     

谷子HSP90基因家族鉴定及干旱胁迫下表达分析

热激蛋白90(heat shock proteins 90,HSP90)是广泛存在于植物中的一种高度保守的细胞伴侣蛋白家族,参与调节和维持各种蛋白质的构象,在植物的生物和非生物胁迫应激反应中起着重要作用.为探讨谷子HSP90基因家族(SiHSP90s)在干旱胁迫下的潜在抗旱功能,对SiHSP90s进行鉴定,并分析其在干...     

玉米LEC1基因家族的鉴定与生物信息学分析

LEC基因家族包含LEC1和LEC2,参与植物的生长发育及储藏物质的积累。LEC1（Leafy Cotyledon 1）是NF-YB9蛋白家族的成员,编码了CCAAT-box结合转录因子HAP3（Heme activated protein 3）亚单位。利用生物信息学方法,获得了16个玉米LEC1基因。分析发现,ZmLEC1蛋白大部分都是酸性的不稳定亲水蛋白,含有1个保守结构域CBFD_NFYB_HMF及10个保守基序。通过与拟南芥LEC1基因和水稻LEC1基因的聚类分析,将玉米LEC1基因家族分为4类:ClassⅠ、ClassⅡ、ClassⅢ、ClassⅣ。经RNA-seq等分析发现,玉米LEC1家族基因具有组织特异性,响应非生物胁迫。启动子分析发现,玉米LEC1基因启动子上含有响应激素和非生物胁迫的顺式作用元件。     

普通白菜C3H类锌指蛋白基因家族鉴定及表达分析

植物CCCH (C3H)锌指蛋白是一种可识别并结合RNA的蛋白,在植物生长发育、胁迫响应中发挥重要作用。为了了解普通白菜C3H类锌指蛋白家族的特性,通过比对拟南芥C3H类锌指蛋白成员和普通白菜数据库,鉴定普通白菜中C3H类锌指蛋白家族成员,并分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体分布以及在花芽分化阶段不同时期的表达模式。结果显示,共鉴定到84个普通白菜C3H类锌指蛋白家族成员,根据在染色体上的顺序分别命名为BrcC3H1～84,这些成员不均匀地分布在10条染色体上,其中在3号染色体上分布最多,有15名成员;蛋白质理化性质分析表明,该家族成员编码蛋白质氨基酸数量为156～1 542个,理论等电点为4.96～10.84。通过构建系统进化树可将其分为3个亚族,各亚族间基因结构及保守基序差异明显,不同的C3H模型可能是导致差异的重要因素。基因结构分析表明,BrcC3H成员多数含有1个或7个CDS。通过转录组数据对BrcC3H成员在白菜花芽分化不同阶段的表达模式进行分析,发现有21个BrcC3H基因在花芽分化临界期高表达,而在后期表达逐渐降低,其可能参与帮助启动花芽分化。这为进一步研究BrcC3...     

烟草糖苷水解酶GH3基因家族鉴定与表达分析

糖苷水解酶GH3基因家族在植物的糖代谢和生长发育中起着重要作用,而烟草GH3基因家族目前尚未见相关鉴定和分析研究报道。本研究采用生物信息学方法在烟草基因组中鉴定GH3家族基因,并对其在不同组织中及逆境条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在普通烟草K326的基因组中共鉴定出35个GH3基因,其中23个被定位在14条染色体上,存在6对共线性基因;GH3家族蛋白均为热稳定性蛋白,其基因上游启动子区均包含多个激素和胁迫响应元件。转录组数据表明,GH3家族基因大多数在烟苗茎尖高表达,少部分在根和茎中高表达,表达量受光照时间影响;烟苗受到干旱胁迫后GH3家族成员都有不同程度的响应。挑选4个NtGH3基因进行qRT-PCR分析,结果表明, NtGH3-5、NtGH3-19、NtGH3-22、NtGH3-26可能参与响应低温以及ABA处理。这可为深入了解烟草GH3基因家族及其功能提供依据。     

玉米组蛋白编码基因鉴定与表达分析

为了鉴定玉米基因组中组蛋白编码基因并分析其在不同条件下的表达规律,本研究利用生物信息学方法对玉米基因组中组蛋白编码基因进行了系统性鉴定和分析,利用同源性分析鉴定玉米组蛋白编码基因,利用保守结构域分析对组蛋白进行结构域鉴定,利用转录组测序数据对组蛋白编码基因进行表达规律分析。结果表明,玉米基因组中存在16个H2A,13个H2B,12个H3,9个H4和4个H1;对蛋白结构分析时发现玉米组蛋白保守结构域的数量和序列在同一亚族中高度保守,并且在不同物种中也非常保守;对玉米组蛋白基因的组织表达特异进行分析,发现玉米组蛋白编码基因在不同组织中表达水平有明显差异;对生物胁迫和非生物胁迫数据分析,发现组蛋白编码基因在不同胁迫下表达水平发生明显变化。本研究全基因组层面对玉米组蛋白编码基因进行了系统性鉴定和分析,明确了玉米中组蛋白的编码基因,揭示了组蛋白编码基因在玉米不同组织及生物和非生物胁迫中的表达规律,为进一步阐明其功能奠定了重要的理论基础。     

毛果杨BBX基因家族鉴定与生物信息学分析

BBXs(B-box)转录因子家族在植物生长发育和胁迫反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学手段在毛果杨（Populus trichocarpa）基因组筛选并鉴定出28个PtBBXs基因家族成员,对该家族成员进行结构和表达分析表明,PtBBXs基因不均匀地分布于15条染色体上,其编码的氨基酸残基数介于184～514,全部为酸性蛋白质。依据基因结构和蛋白质保守基序,可将其分为5个组（A～E）,全基因组加倍事件是PtBBXs家族基因数量扩增的主要方式。PtBBX家族基因的启动子区域包含大量激素（脱落酸、赤霉素,和水杨酸等）与非生物胁迫（干旱、低温）响应相关的元件,大多数PtBBXs基因在叶片中高表达,而少量PtBBXs基因（PtBBX5/11/12/28）在根或花序中高表达。转录组数据分析表明,PtBBXs在响应非生物胁迫过程中分工不同,组A和组D的多数成员响应了茉莉酸、水杨酸和低温处理,组B(PtBBX16/19)和组C(PtBBX1/2)基因同时响应盐和干旱胁迫。这些结果为今后进一步挖掘PtBBX基因家族成员功能,以及创制林木抗逆新种质,提供了重要的理论依据。     

大麦CIPK基因家族鉴定及表达分析

钙调神经磷酸酶B样相互作用蛋白激酶(CIPK)蛋白家族是由Ca2+介导的植物信号通路中的关键蛋白家族,在植物抗逆和生长发育中起关键作用。本研究将生物信息学方法和转录组数据分析相结合,挖掘出大麦31个HvCIPK基因家族成员并将其分为5个亚家族。HvCIPKs基因家族成员具有CIPKs典型的N端激酶结构域和C端NAF调节结构域;蛋白质分子量在40302.27~89926.43KDa之间,为亲水性蛋白;启动子总共包含11种与非生物胁迫、激素调控以及生长发育相关的顺式作用元件;蛋白互作网络预测结果显示,HvCIPKs与Na+、K+转运体、ABA信号通路关键蛋白(SOS1、AKT1和ABL2)存在相互作用关系;转录组数据分析发现HvCIPK1、HvCIPK2、HvCIPK6、HvCIPK9、HvCIPK11受盐碱胁迫的诱导表达。该研究为进一步探索大麦HvCIPKs基因家族功能及调控机制提供理论依据。     

核桃JrJAZ基因家族鉴定与转录表达分析

为了揭示核桃JAZ基因家族在核桃生长发育中的作用,本研究通过构建隐马尔科夫模型与转录组数据结合的方法,在核桃全基因组数据库搜索JAZ家族基因,对该家族进行理化性质、基因结构、保守基序、启动子元件、蛋白互作预测等生物信息学和低温胁迫下的转录表达分析。结果表明,核桃JAZ基因家族包含17个成员,蛋白长度范围为138～385个氨基酸,开放阅读框为417～1 149 bp,等电点为8.47～10,全部为碱性不稳定亲水蛋白;含有典型的TIFY和jas 2个高度保守的结构域,聚类分析发现,该类基因可分为Group A、Group B、GroupC和GroupD4个亚族。在低温胁迫48h后经转录表达分析,JrJAZ1、JrJAZ3、JrJAZ4、JrJAZ5、JrJAZ7、JrJAZ9、JrJAZ15、JrJAZ16为差异表达基因,推测可能响应低温胁迫。本研究结果将为进一步研究该类基因的功能提供了重要线索和依据。     

核桃Alfin-like基因家族鉴定与转录表达分析

为了揭示核桃Alfin-like家族在核桃响应低温胁迫中的作用,本研究通过生物信息学与RNA-seq结合的方法,在核桃全基因组数据库搜索Alfin-like家族基因,对该家族进行生物信息学和转录表达分析。结果表明,核桃Alfin-like基因家族包含8个成员,分布在5条染色体上,蛋白长度范围为240(JrAL5)～254(JrAL1)个氨基酸,开放阅读框为723(JrAL5)～771 bp(JrAL3),等电点为5.04～5.71,全部为酸性不稳定蛋白;含有典型的DUF3594 Domian和PHD domian 2个高度保守的结构域,聚类分析发现,该类基因可与双子叶植物拟南芥较近,与单子叶植物水稻较远。在低温胁迫48 h后经转录表达分析,JrAL2为差异表达基因,并且在种仁和芽中表达较高,在老叶和雄花中较低,推测JrAL2可能响应低温胁迫。