染井吉野樱PEBP基因家族鉴定及生物信息学分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine binding protein, PEBP)基因家族的氨基酸结构中存在保守的磷脂酰乙醇胺结合蛋白结构域,对调控植物开花起着至关重要的作用。本研究以染井吉野樱全基因组数据为基础,采用生物信息学方法鉴定出13个PEBP基因,依次命名为PYPEBP1～PYPEBP13,然后进一步分析了家族中各基因结构、理化性质,对PEBP蛋白的亚细胞定位、二级结构以及磷酸化位点进行预测,并构建系统发育树。结果表明,染井吉野樱的PEBP基因家族不同蛋白质序列的长度和特性都存在较大差异;13个染井吉野樱PEBP基因大部分成员含有4个外显子和3个内含子,motif 3、motif 4、motif 5和motif 6是染井吉野樱PEBP基因的特征基序;蛋白的亚细胞定位预测显示,这13个PEBP基因的蛋白分别位于细胞核与细胞质中;蛋白质二级结构分析显示,染井吉野樱PEBP基因的蛋白质二级结构十分相似,PYPEBP5和PYPEBP12蛋白结构中无规则卷曲占比最高,而β-转角比例最低;潜在的磷酸化位点预测分析表明,除PYPEBP3、PYPEBP7、...     

亚洲棉和雷蒙德氏棉PEBP家族基因的鉴定及该家族基因在陆地棉组织中表达分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding proteins,PEBP)基因家族广泛存在于真核生物中,在被子植物中主要起着促进或抑制开花和控制株型的作用。利用亚洲棉(Gossypium arboreum,A2)和雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii,D5)的基因组数据库,分别搜索到8个棉花PEBP同源基因,都包含4个外显子和3个内含子,编码的蛋白都存在PEBP家族的保守基序和关键氨基酸位点,表明二倍体棉花中至少存在8个PEBP家族基因。进化分析表明,8个PEBP基因分属于3个亚家族,含FLOWERING LOCUS T(FT)-like亚家族1个、TERMINAL FLOWER 1(TFL1)-like亚家族5个(包括3个TFL1和2个BFT)、MOTHER OF FT AND TFL1(MFT)-like亚家族2个。实时荧光定量PCR分析陆地棉(Gossypium hirsutum)8个PEBP基因在根、茎、叶、幼苗顶端分生组织、花、胚珠和25 d的纤维组织中的表达,表明FT1在叶片中表达量最高,其次在纤维、胚珠和花中;MFT1在各组织中均表达,但在纤维中表达量最高,其次是花和叶片中,而MFT2以在叶片中表达为主;TFL1a、TFL1b和TFL1c均在根中表达量最高,但TFL1c在叶片、花和胚珠中也有相对较高的表达;BFT1和BFT2在叶片中表达量最高,但除幼苗顶端分生组织外,BFT1在其他各组织中的表达明显高于BFT2。这些结果表明,PEBP家族基因在棉花的生长发育中可能具有不同的功能。     

甘蓝型油菜PEBP基因家族的鉴定与表达分析

植物磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-bindingprotein,PEBP)基因对于控制开花时间具有重要作用。油菜作为世界上最重要的油料作物之一,与模式植物拟南芥具有相似的开花习性。但有关油菜开花基因的功能研究相对较少。本研究利用拟南芥PEBP基因家族蛋白序列在油菜基因组内进行BlastP分析,获得油菜PEBP家族成员,并对其进行基因结构分析、motif预测、复制事件、进化树构建、选择压力分析和组织表达分析。结果表明,共有26个油菜PEBP基因成员得到鉴定,大部分成员含有4个外显子和3个内含子, motif-1和motif-2是PEBP成员的特征基序,超过76.9%的成员属于片段复制扩增事件。进化树分析显示, PEBP分为3个亚家族,基于转录组测序的组织表达数据表明油菜26个PEBP成员具有非常明显的组织表达特性。以上研究结果,极大丰富了我们对甘蓝型油菜开花基因及调控模式的认识,为进一步的分子育种提供了理论基础。     

海岛棉GbMFT2基因的克隆及表达分析

通过RT-PCR和RACE技术从新疆海岛棉品种新海14号中克隆得到了一个MFT(MOTHER OFFT AND TFL1)类似基因,命名为GbMFT2基因(GenBank登录号为KF739071)。GbMFT2基因的开放阅读框(ORF)为519 bp,编码172个氨基酸,含有一个磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)结构域。GbMFT2基因和GbMFT1基因的核苷酸相似性仅为56.7%,二者蛋白的相似性为62.7%。系统进化树分析表明GbMFT2编码产物属于MFT-like亚家族。qRT-PCR分析表明,GbMFT2基因在不同的组织中均有表达,在胚珠和茎中表达量较高。半定量RT-PCR结果表明,和GbMFT1基因的表达模式不同,GbMFT2基因在刚萌发的种子中的表达量很低;但随着ABA浓度的升高表达量显著提高,并且ABA处理下萌发24 h的种子中的表达量要高于72 h中的表达量,表明该基因的表达受ABA的调节,可能在种子萌发过程中起重要作用。     

谷子非特异性磷脂酶C基因SiNPC4的克隆及功能分析

非特异性磷脂酶C(NPC,nonspecific phospholipase C)水解磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺产生第二信使二酰甘油(DAG),NPC类基因在植物处于干旱、高盐、低磷等非生物胁迫条件下时发挥重要的作用,并参与脱落酸(ABA)、油菜素内酯(BL)等激素信号传导途径。本研究以谷子品种龙谷25为试验材料,通过序列比对,克隆到一个新的NPC类基因,命名为Si NPC4。该基因被定位在谷子第8条染色体上,编码区全长2877 bp,由3个外显子和2个内含子组成,编码512个氨基酸,蛋白分子量为56.77 k D。系统进化树分析表明该基因位于NPC基因家族第3亚族,保守结构域分析表明该蛋白含有保守的磷脂酶结构域和4个基序。亚细胞定位结果显示,Si NPC4蛋白被定位在细胞质、细胞膜、细胞核中。基因表达谱分析结果表明,该基因主要在谷子根部表达,并受干旱、盐、低温、黑暗、ABA、BL、赤霉素(GA)和茉莉酸甲酯(Me JA)等的诱导表达。将Si NPC4基因转入拟南芥中,转基因拟南芥与野生型拟南芥相比对ABA和BL激素的敏感性降低,推测该基因可能作为负调控因子参与植物对ABA和BL激素的响应过程。在干旱和高盐处理下,过表达植株与野生型植株长势没有明显差异。     

水稻3-磷脂酰肌醇激酶FAB1/PIKfyve基因家族的鉴定及功能分析

FAB1/PIKfyve是催化3-磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns3P)形成3,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns(3,5)P2)过程的关键酶,其产物PtdIns(3,5)P2在真核细胞发育中发挥重要功能.为探寻PtdIns(3,5)P2在水稻生殖发育过程中的功能,本研究结合生物信息学和遗传学方法,对水稻FAB1/PIKfyve基因进行鉴定,分析其理化性质、基因结构、保守结构域、系统进化、顺式作用元件和组织表达模式并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得osfab1b突变体.生物信息学分析结果显示,水稻基因组中共鉴定到9个FAB1基因家族成员;基因结构分析显示FAB1家族基因结构存在差异,外显子数量为8～12个;保守结构域分析表明仅OsFAB1A和OsFAB1B含有N端FYVE结构域,其余成员具有Cpn60_TCP1结构域和PIPKc激酶结构域;系统进化分析提示FAB1家族功能在单双子叶植物中具有高度保守性;FAB1基因上游调控区域顺式元件预测发现多种生长发育相关、光响应以及激素和胁迫响应顺式元件;组织表达模式分析显示大多数FAB1基因为泛表达,其中FAB1C亚类基因在内外稃中的高表达提示其可能参与花器官发育.最后通过CRISPR/Cas9系统得到osfab1b突变体,经碘染观察花粉活力无明显异常,暗示FAB1家族在水稻生殖发育调控中存在功能冗余.本研究结果为单子叶模式植物水稻中磷脂酰肌醇调控网络及其生物学功能的研究提供了理论参考.     

棉花GhTFL1b基因的表达及调控分析

为解析棉花中磷脂酰乙醇胺结合蛋白GhTFL1b基因对胁迫的响应及生理功能,从棉花中克隆了磷脂酰乙醇胺结合蛋白GhTFL1b基因,并对该基因进行表达分析和蛋白质互作研究。利用启动子分析软件PlantCARE预测得出,GhTFL1b启动子区域有茉莉酸响应元件、脱落酸响应元件、干旱诱导的MYB结合位点和光周期响应元件等。对GhTFL1b进行组织特异性表达分析,发现该基因在花中表达量最高,其次是根和顶芽,其他组织中表达量极低。进一步比较栽培种和半野生种不同时期的表达,发现无明显差异。激素和胁迫处理研究表明,GhTFL1b基因受水杨酸(Salicylic acid,SA)诱导低调表达,而受盐胁迫处理后高调表达。酵母双杂交验证GhFD与GhTFL1亚组蛋白互作,结果表明GhFD蛋白只能与GhTFL1b互作,而不与GhTFL1a、GhTFL1b、GhTFL1c互作。GhTFL1b基因不参与光周期调控通路,可能参与植物逆境胁迫水杨酸和盐胁迫响应的调控。     

柑橘亲环蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析

亲环蛋白(CYP)基因家族是一类含有CLD保守结构域的蛋白质,参与多种生物过程,在蛋白质运输、受体信号转导、mRNA剪接、细胞凋亡及生物与非生物胁迫的应激反应中发挥重要作用。目前,已在多种植物中对亲环蛋白基因家族进行了鉴定和分析,但未见柑橘CYP基因家族筛选和鉴定的报道。本研究从美国柑橘和中国甜橙中分别筛选出30个和32个亲环蛋白基因家族成员,根据结构域的不同,将62个成员分成7个亚家族。进化分析结果表明,具有相似结构域的基因聚在一起,表明亲环蛋白基因家族可能在物种分化前已经分化。在美国柑橘和中国甜橙CYP中均含有2个基因簇并筛选出26对同源基因。这些CYP基因在不同的组织中表达谱不同,7种组织中表达量最高的基因可能与免疫抑制、蛋白质运输、根系的生长及光调控功能相关,表明这些亲环蛋白可能在生物过程中起重要作用,本研究结果为进一步研究柑橘基因功能和进化提供科学依据。     

海岛棉GbMFT1基因的克隆及表达分析

通过RT-PCR和RACE技术,从新疆海岛棉品种新海14中克隆得到了一个MFT (MOTHER OF FT AND TFL1)类似基因,命名为GbMFT1基因(GenBank登录号为KC513744)。GbMFT1基因的开放阅读框(ORF)为528 bp,编码175个氨基酸的蛋白,含一个磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)结构域。GbMFT1蛋白的羧基端含有MFT蛋白都含有的脯氨酸。系统进化树分析表明GbMFT1编码产物与葡萄、番茄亲缘关系较近,属于同一进化分枝。实时荧光定量PCR分析表明,GbMFT1基因在棉花的不同组织中均有表达,在花瓣中的表达量较高;在纤维发育的不同时期中均有表达,在开花后2 d的胚珠、9 d的纤维中表达量最高。半定量RT-PCR结果表明,GbMFT1基因在刚萌发的种子中表达量高,用不同浓度的ABA处理种子后其表达变化不明显,表明GbMFT1基因的表达不受ABA的调节。     

茶树RAV基因家族鉴定与分析

RAV(Related to ABI 3/VP 1)基因家族对植物抗逆和调控植物生长具有重要作用。通过BLAST比对,从茶树基因组中共鉴别得到10个RAV基因,并将其命名为CsRAV1-CsRAV10。可划分为3个亚族,同一亚族内的基序和保守结构域则相对保守。分析顺势作用元件表明,CsRAV基因可能参与茶树的逆境胁迫响应和调控茶树的生长发育。分析基因表达的结果显示,不同的CsRAV基因在不同茶树组织的表达情况不同,在老叶和果实中表达量相对较高,而不同胁迫条件下,其表达情况同样存在一定差异。本试验为进一步研究CsRAV基因调控茶树生长发育和相应逆境胁迫提供一定的理论依据。