龙眼HD-Zip基因家族生物信息及表达分析

为了解龙眼HD-Zip基因家族的功能,本研究基于龙眼基因组与转录组数据库,对提取的19个龙眼HD-Zip家族成员的启动子、可变剪接以及受到调控的miRNA种类进行分析;并采用实时荧光定量PCR技术,分析了在ABA处理下龙眼胚性愈伤组织（embryonic callus,EC）中HD-Zip部分成员的表达模式,以及HD-Zip部分成员在不同体胚阶段的表达模式。结果表明：龙眼HD-Zip家族除含有TATA-box和CAAT-box以外还含有大量的光响应元件、激素响应元件以及胁迫响应元件,暗示龙眼HD-Zip家族成员可能参与光反应、激素响应以及非生物胁迫的过程;龙眼HD-Zip在不同组织部位与不同体胚阶段的可变剪接方式主要以内含子保留为主;龙眼HD-Zip基因家族成员主要受到miRNA166a的调控;在外源激素ABA处理下龙眼EC中HD-Zip家族部分成员的表达模式以及部分成员在不同体胚阶段的表达模式都呈现多样化,推测龙眼HD-Zip参与龙眼不同体胚发育的调控,并且可能通过调节内源ABA的浓度进而影响胚性愈伤组织的生长发育以及形态的建成。     

龙眼体胚发生过程中RNA甲基化相关基因全基因组鉴定及表达分析

为了解龙眼RNA甲基化相关基因的生物学功能,本研究基于基因组和转录组数据,采用生物信息学分析方法,进行龙眼基因组RNA甲基化相关基因成员鉴定,蛋白结构域及特性分析,分子进化树分析,体胚发生过程和组织器官基因表达水平分析以及ABA处理下的定量表达分析。结果显示：龙眼中有7个参与RNA甲基化过程中的关键基因,包括5个RNA甲基转移酶基因和2个去RNA甲基化酶基因;各成员内含子数量差别较大,为4~28个不等;进化树分析显示,龙眼RNA甲基转移酶和去甲基化酶蛋白与甜橙亲缘关系最近;蛋白结构域分析显示,RNA甲基化相关酶具有保守的蛋白结构域;龙眼RNA甲基化相关基因启动子区域中主要含有光响应功能元件、激素响应功能元件、胁迫响应功能元件和分生组织表达响应元件,推测RNA甲基化相关基因可能对植物的生长发育和适应不良环境有一定调节作用;RNA甲基化相关基因部分成员在龙眼体胚不同发生阶段和不同组织器官中的表达有明显区别,推测龙眼RNA甲基化相关基因可能参与不同体胚发育阶段和组织器官形态建成;不同浓度ABA处理下,龙眼EC中RNA甲基化相关基因的表达情况各异,其中DlVIR、DlALKBH10B和DlMTB的相对表达量受到一定的抑制作用,而DlFIP37则呈现上调表达,暗示龙眼RNA甲基化相关基因参与激素响应途径。本研究表明,龙眼RNA甲基化相关基因除了可能在叶的形成、花的发育和植株的形态建成等方面发挥重要的作用外,还可能参与调控胚胎发育和响应非生物胁迫,推测龙眼RNA甲基化相关基因成员在功能上具有差异性和多样性。     

龙眼MSIL全基因组鉴定及表达分析

MSIL（Muliticopy suppressor of IRA homolog1-Like）基因是WD重复蛋白的一个亚家族,在植物生长发育过程中发挥重要的作用。为了解龙眼MSIL（DlMSIL）基因家族的生物学功能,本研究基于基因组和转录组数据,采用生物信息学分析法对DlMSIL基因成员进行鉴定,并进行蛋白质结构及理化性质分析、系统发育进化树构建、启动子顺式作用元件分析、龙眼体胚阶段和不同组织器官表达情况以及GA₃处理下的定量表达分析。结果表明：DlMSIL基因家族含有6个成员属于WD40和CAF1C_H4-bd超家族,可分为3类;DlMSIL蛋白编码393~551 aa,等电点为4.68~7.62,该家族成员均不属于分泌蛋白;基因家族成员的内含子数目在4~14之间;DlMSIL启动子序列包含大量非生物胁迫响应元件及MYB结合位点,推测DlMSIL基因家族可能参与多种非生物胁迫反应;DlMSIL可能参与不同胚胎的发育过程和不同组织器官的形态建成。GA₃处理下的表达分析显示高浓度时,DlMSI1a与DlMSI1c的表达受到了一定的抑制,而DlMSI4a的表达量呈现先下降后上升再下降的趋势,推测DlMSIL可能参与激素响应途径。本研究表明,DlMSIL基因家族成员可能参与胚胎发育、激素信号通路以及非生物胁迫反应等多种生物学功能,体现了龙眼MSIL基因家族功能具有多样性。     

龙眼体细胞胚胎发生早期SDG基因家族的全基因组鉴定与表达分析

SET domain group（SDG）基因家族控制的组蛋白赖氨酸甲基化,是参与染色质功能调控和表观遗传调控基因表达的重要部分。为了解龙眼（DlSDG）家族的生物学功能,采用生物信息学分析方法进行龙眼全基因组SDG家族成员的鉴定,并对蛋白质结构域、保守基序、基因结构、启动子顺势作用元件、进化树、相关基因的蛋白互作和体胚发生早期的基因表达情况进行预测和分析。结果显示,龙眼SDG家族基因包括32个成员,分为Suv、Ash、ATXR5/ATXR6、Trx、E(z)、SMYD和SETD 7个亚家族,其中Suv亚族成员数量最多;外显子数量在1~22个不等,蛋白结构域保守,都含有一个SET结构域,DlSDG蛋白保守motif不同亚家族间差异较大;DlSDG启动子包含许多诸如低温、干旱和压力等非生物胁迫响应元件和激素响应元件;龙眼SDG成员在体胚发生早期均能不同程度表达,其中DlSUVR4b在EC和ICpEC阶段可能发挥着较为重要的作用;DlSUVH4可以和DNA甲基转移酶MET1发生互作。本研究表明,龙眼DlSDG 32个组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因可能除了在生物钟的调节、植物发枝数量、根的生长发育、种子的萌发、花的发育和植株的形态建成等方面发挥重要功能外,也可能直接参与胁迫响应和体细胞胚胎发生的调控,并且还可能在参与DNA甲基化、染色质重塑的过程中形成体细胞胚胎发生的协作调控网络,表现其具有功能上的多样性、复杂性。     

龙眼体胚发生早期4CL基因家族鉴定与功能分析

为了解龙眼4-香豆酸:辅酶A连接酶(Dl4CL)基因家族的分子特性及生物学功能.采用生物信息学分析方法进行龙眼4CL基因家族的成员鉴定,蛋白结构域及特性、分子进化树、体胚发生过程和组织器官中的表达规律分析以及可能互作的miRNA预测.结果显示,Dl4CL基因家族包含43个成员,分为6个亚家族;不同亚家族成员的基本理化性...     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

龙眼胚性愈伤组织DlRan3A和DlRan3B基因启动子的克隆及其生物信息学分析

植物Ran蛋白与核质运输、微管形成等过程密切相关。通过Tail-RCR结合接头连接介导PCR法克隆了龙眼胚性愈伤组织(Embryogenic callus,EC)Ran家族DlRan3A和DlRan3B基因的5′调控序列,长度分别为1276和714 bp。结合生物信息学法,分析启动子的转录起始位点和顺式作用元件。结果表明:龙眼EC DlRan3A和DlRan3B基因启动子分别存在1处和3处转录起始位点,且除了含有TATA box和CAAT box等基本顺式作用元件外,还含有多个光响应元件、激素应答元件、防御与逆境胁迫响应元件等。龙眼EC DlRan3A和DlRan3B启动子转录活性可能受到光、激素信号及逆境胁迫因素的诱导,在龙眼体胚发生过程中的信号转导应答过程中发挥重要作用。此外,在DlRan3A启动子区预测到1个长度为214 bp的CpG岛,为后续研究该基因启动子甲基化水平及分子调控机制提供了线索。龙眼EC Ran基因启动子的克隆与生物信息学分析有助于揭示Ran在体胚发生过程中的作用。     

铁皮石斛DoAGL6基因及启动子克隆与分析

AGL6基因是MADS-box转录因子家族中的一员,是植物特有的转录调控因子,参与花器官形成,对唇瓣的形成起到关键作用。获得铁皮石斛DoAGL6基因及其启动子,并进行生物信息学分析,对DoAGL6基因启动子进行瞬时表达活性验证,可为进一步研究DoAGL6基因的功能提供参考。本研究克隆DoAGL6基因及其上游的启动子序列,利用在线软件对克隆得到的目的基因序列、启动子序列进行预测,分别构建由全长启动子和5'端缺失启动子驱动GUS的重组表达载体并瞬时转化拟南芥及铁皮石斛原球茎,探究其表达活性。结果表明,成功克隆了DoAGL6基因及其启动子,DoAGL6基因编码区长729 bp,编码243个氨基酸,编码蛋白分子式为C₁₂₁₃H₁₉₅₅N₃₅₉O₃₇₅S₁₂,预测亚细胞定位于细胞核中;保守结构域分析表明,DoAGL6具有保守的MADS-box和K-box两个结构域,属于MADS基因家族MIKC亚家族。启动子序列长度为1891 bp,顺式作用元件分析结果显示,DoAGL6基因启动子中除了核心启动元件TATA-box、CAAT-box外,还有许多其他顺式作用元件,如脱落酸响应元件（ABRE）、光反应顺式调节元件（G-Box）、茉莉酸甲酯响应元件（TGACG-motif）、MADS-box蛋白结合位点（GArG-Box）等。成功构建融合表达载体pCAMBIA1300-A1-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A2-promoter::GUS、pCAMBIA1300-A3-promoter::GUS,拟南芥和铁皮石斛原球茎瞬时转化及GUS组织化学染色结果表明,随着启动子5'端缺失片段的增长,GUS活性逐渐降低,启动子活性逐渐减弱,即全长启动子A1（-1891~1）的活性最强,5'端缺失片段A2（-1488~1）次之,A3（-784~1）活性最弱。瞬时转化后的拟南芥和铁皮石斛原球茎GUS染色均呈现蓝色,但与对照相比均较浅,说明全长启动子和2个5'端缺失启动子都具有驱动GUS的活性,但启动活性都比CaMV35S启动子的启动活性弱。     

大豆GmPM31基因生物信息学、组织表达及高温高湿响应分析

sHSPs家族基因GmPM31具有典型的ACD结构域,为了预测和研究GmPM31的功能,本研究以田间劣变抗性春大豆湘豆3号为材料,分离GmPM31及其启动子序列,对该基因的结构及启动子上的顺式作用元件进行生物信息学分析,采用qRT-PCR方法对GmPM31的组织表达模式及高温高湿处理下的表达量变化进行分析.结果 表明:GmPM31基因的ORF全长为459 bp,编码153个氨基酸,包含1个ACD保守域结构.蛋白质系统进化树分析结果显示,GmPM31与CI(Class Ⅰ)亚家族的sHSPs同源性较高,表明GmPM31属于Class Ⅰ sHSPs家族成员.GmPM31基因启动子中有多个逆境胁迫响应元件,包括激素应答相关元件ABRE、ERE和AAGAA-motif等,干旱和冷胁迫相关的MYB和MYC转录因子作用元件,高盐胁迫相关元件Box Ⅲ,厌氧胁迫相关元件ARE等.qRT-PCR结果显示,GmPM31在成熟种子中大量表达,其次在幼荚和叶片中表达,在根、茎和花中表达量极低.种子发育过程中,GmPM31表达量呈现先上升后下降的趋势,在开花后第45天表达量达到最大.高温高湿胁迫处理96和168 h时种子中GmPM31的表达量显著高于对照组,说明高温高湿胁迫诱导种子中GmPM31上调表达.研究结果表明GmPM31参与了春大豆种子的发育以及高温高湿胁迫响应过程.     

香蕉MaSULTR3家族成员的全基因组鉴定与不同温度下表达模式分析

利用生物信息学分析法对香蕉MaSULTR3基因家族成员进行全基因组鉴定、蛋白特性分析、分子进化树分析、启动子顺式作用元件分析以及低温胁迫下叶片转录组的FPKM值分析;其后,利用基因组数据结合RT-PCR方法克隆了'天宝蕉'(Musa spp.,AAA Group)组培苗MaSULTR3.1-2基因的ORF序列;最后,利...     

龙眼体细胞胚胎发生研究进展

龙眼体胚发生系统是研究木本植物胚胎发生的优良体系,为研究龙眼体胚发生的分子调控机制和龙眼分子育种奠定基础。本文就龙眼胚性愈伤组织诱导与离体保存、高频体胚发生与植株再生、体胚同步化调控与组织形态学观察,体胚发生过程生理生化变化与代谢物积累、蛋白质组和全转录组测序分析、DNA甲基化研究,体胚发生相关基因克隆、全基因组鉴定及其表达模式与功能,以及遗传转化等相关研究进行综述,并对其研究前景进行展望。     

龙眼体胚相关未知蛋白基因DlUP-4的克隆与表达分析

以龙眼（Dimocarpus longan Lour.）胚性培养物为材料,采用简并引物结合RACE方法分离得到龙眼体胚相关未知蛋白基因DlUP-4的cDNA全长序列,全长为1 061 bp,由735个核苷酸组成的开放阅读框,编码244个氨基酸（GenBank登录号为GQ443758）。采用生物信息学方法分析,发现该基因推导的蛋白分子量为28 576 ku,pI为9.96;该蛋白为60S Ribosomal protein L30蛋白质家族成员中的L7蛋白,是一个具有核糖体蛋白L30信号位点和1个典型的Ribosomal L30 like superfamily组件,无典型信号肽结构,无跨膜螺旋的亲水性蛋白;α螺旋是该蛋白最大量的结构元件,散布于整个蛋白质中。实时荧光定量PCR分析结果显示,DlUP-4基因在龙眼体胚发生过程中均有表达,其表达水平的趋势呈“M”形,其中2个高峰出现在不完全胚性紧实结构阶段和鱼雷形胚阶段,而球形胚阶段最低。该研究结果对DlUP-4基因在龙眼体胚发生过程中的作用有了一个初步的认识,其在龙眼体胚发生过程中,在调控体胚发生的启动、细胞的极化、细胞的增殖等方面可能有重要的功能,这为进一步研究该基因在龙眼体胚发生过程中的功能奠定了基础。     

蓖麻RcWD40家族鉴定与表达分析

植物中的WD40蛋白家族通过蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA的互作,参与生物过程,该家族的重要成员TTG1在拟南芥中抑制种子脂肪酸的过早积累。为揭示油料作物蓖麻中RcWD40基因家族及RcTTG1基因的表达特征,利用生物信息学手段在全基因组水平鉴定到182个RcWD40家族成员,其中RcWD40-181为RcTTG1基因,并对它们的系统发育、保守结构域及表达模式等进行分析。根据进化树结构和保守域组成分别将RcWD40家族成员分为8个cluster和28个亚家族。此外,转录组分析显示RcWD40在蓖麻的花、叶、根、茎以及各发育时期种子中具有多样的表达模式,预测家族基因可能调节这些组织的生长发育。启动子区域转录因子结合位点及种子发育表达分析结果预测RcTTG1可能承担与AtTTG1相似的脂肪酸积累负调节功能。     

橡胶树体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶基因（HbSERK1）的克隆及表达分析

从橡胶树体细胞胚中克隆了一个与体细胞胚胎发生相关的类受体蛋白激酶基因,命名为HbSERK1。HbSERK1长2 159 bp,含有一个1 482 bp的阅读框,编码493个氨基酸。HbSERK1序列与毛果杨、葡萄、胡萝卜、马铃薯、拟南芥和燕麦的体细胞胚胎发生相关类受体蛋白激酶同源性分别为91%、90%、88%、88%、87%、86%。生物信息学分析表明,HbSERK1含有一个高度保守的蛋白激酶家族结构域,同时含有ATP结合区、蛋白激酶活化位点和Ser/Thr活性位点。RT-PCR半定量分析表明,HbSERK1在叶、胶乳、雄花、生长在愈伤诱导培养基上30 d和50 d的愈伤组织及生长在胚状体诱导培养基上12 d的胚性愈伤组织中均未表达,而生长在胚状体诱导培养基上21 d和40 d的胚性愈伤组织及成熟体细胞胚中表达。橡胶树HbSERK1基因主要在体细胞胚发生的早期表达,表明其可能参与橡胶树的体细胞胚早期发生过程。     

龙眼胚性愈伤组织fw2.2家族2个基因的克隆与分析

fruit weight 2.2(fw2.2)是植物中控制果实重量的重要数量性状的主效基因。以龙眼转录组数据库为基础,采用同源克隆法及RACE技术,从龙眼的胚性愈伤组织中获得fw2.2家族的2个cDNA全长序列,命名为Dlfw2.2-1与Dlfw2.2-1,并对其核甘酸序列及推导的氨基酸序列进行生物信息学分析。结果表明:Dlfw2.2-1基因的cDNA全长为970 bp,编码184个氨基酸;Dlfw2.2-2基因的cDNA全长为941 bp,编码175个氨基酸。Dlfw2.2-1与Dlfw2.2-2的核甘酸序列及其推导的氨基酸序列与其它植物的fw2.2具有较高的同源性,亚细胞定位于细胞质膜,不含信号肽,具有跨膜结构与典型的与PLAC8同源的富半胱氨酸蛋白(Cysteine-rich Protein)的保守结构域。植物中fw2.2系统进化树分析结果表明,Dlfw2.2-1和Dlfw2.2-2为同一分枝,与番茄和油梨的fw2.2的距离最近。因此,推测Dlfw2.2-1与Dlfw2.2-2属于fw2.2基因家族的2个成员。