陆地棉TCP家族基因鉴定及组织表达分析

【目的】鉴定、分析陆地棉TCP家族基因,为进一步研究TCP基因在棉花植株内的生物学功能奠定基础。【方法】基于2019年最新组装的陆地棉TM-1参考基因组,通过Pfam网站获取TCP家族HMM模型文件,使用HMMER网站鉴定陆地棉TCP基因,CottonFGD网站获取陆地棉TCP基因组蛋白序列。利用MapInspect进行染色体定位、MEGA 7.0进行多序列比对聚类分析、MEME网站motif预测、TBtools软件鉴定基因结构以及陆地棉TCP基因组织特异性表达分析。【结果】共鉴定出63个陆地棉TCP基因,其中39个Class I亚族,24个ClassⅡ亚族;ClassⅡ亚族中包括17个CIN亚类,7个CYC/TB1亚类。染色体定位发现该63个TCP基因在陆地棉22条染色体上均有分布,其中A组染色体上分布有33个基因、D组上分布有30个基因。所有TCP蛋白均包含TCP结构域。TCP基因外显子、内含子结构及长度在同一亚家族内具有相似性。TCP家族基因中有12个基因在陆地棉纤维中优势表达,32个基因在花器官中优势表达,16个基因在营养器官：根、茎和叶中优势表达。【结论】获得了与陆地棉生长发...     

陆地棉BGLU基因家族成员的全基因组鉴定与表达分析

植物BGLU基因在生物和非生物胁迫防御中起着重要作用,利用生物信息学手段对陆地棉（Gossypium hirsutum） BGLU家族成员进行全基因组鉴定,对序列特征、保守域结构、染色体定位、启动子元件等家族特征进行了分析,并进一步结合转录组数据和qRT-PCR分析了BGLU基因家族的病菌胁迫响应模式。结果表明,共鉴定出53个陆地棉BGLU基因,根据系统发育进化关系分为6个亚族,部分基因在病菌胁迫下特异性表达。荧光定量和转录组测序结果表明,GhBGLU5、GhBGLU14、GhBGLU18、GhBGLU26、GhBGLU34在抗病棉花中的表达水平显著高于感病品种,推测这些基因正向调控棉花黄萎病抗性。上述结果为进一步分析棉花BGLU家族基因的功能以及分子机制提供一定的理论基础。     

陆地棉COI家族基因鉴定及在干旱和盐胁迫下的表达分析

COI1(COR-insensitive 1)与Skp1-Cullin-F-box蛋白组成茉莉素信号转导的核心组分SCFCOI1复合物,在植物生长发育和响应逆境胁迫中发挥重要作用.从全基因组水平上鉴定出48个陆地棉COI家族基因,其不均匀地分布在21条染色体上,主要定位于细胞核和细胞质中.根据系统发育关系将其分为3个亚...     

陆地棉GhRTE基因家族的鉴定与耐盐性分析

RTE(reversion-to-ethylene)是一种植物乙烯响应的负调节因子,参与植物生长发育并在非生物胁迫的逆境中起着重要作用。通过对陆地棉(Gossypium hirsutum)RTE家族成员的鉴定及其在盐胁迫下的表达模式进行解析,为进一步探索棉花RTE家族成员的功能提供一定的研究指导。通过棉花全基因组数据,鉴定棉花RTE家族成员,以陆地棉为主要研究对象,结合海岛棉(Gossypium barbadense)、亚洲棉(Gossypium arboreum)、雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii)等植物的RTE基因家族成员进行物种内的进化分析。同时,利用转录组学方法,研究陆地棉RTE家族基因的表达量及其对盐胁迫的应答规律。结果表明,棉花RTE蛋白家族共鉴定出24个RTE基因,其中来自陆地棉和海岛棉的各有8个,有4个来自雷蒙德氏棉,4个来自亚洲棉。系统发育树分析将24个RTE基因分成3个亚族,GhRTE基因同一亚族成员间具有相似的基因结构和保守基序。GhRTE启动子区包含了许多与植物激素反应、生长发育和逆境应答密切相关的顺式调控因子。通过对转录组数据分析以及荧光定量...     

陆地棉CRK基因家族的鉴定及其表达分析

【目的】富含半胱氨酸类受体激酶（CRK）是植物中最大的类受体激酶家族之一,在植物生长发育、激素信号传导和抗逆境胁迫中发挥重要作用。从全基因组水平鉴定陆地棉CRK基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用陆地棉CRK基因家族奠定基础。【方法】从Pfam数据库下载stress-antifung结构域氨基酸序列,应用BLASTp程序搜索棉花基因组数据库,鉴定棉花CRK基因家族;利用Compute pI/Mw tool、SignalP、TMHMM Server V2.0、WoLF POSRT等在线工具预测陆地棉CRK家族蛋白的分子量、信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位等;用ClustalX1.8软件对棉花和拟南芥CRK蛋白质进行氨基酸序列比对,MEGA5.0分析棉花和拟南芥CRK蛋白的系统进化关系;使用TBtools制作陆地棉CRK基因家族的染色体定位、基因结构和蛋白质结构域示意图;应用植物顺式调控元件数据库PlantCARE分析棉花启动子序列;通过植物磷酸化位点数据库PlantPhos预测陆地棉CRK家族蛋白的磷酸化位点;从NCBI数据库下载RNA-Seq数据,利用转录组定量工具Kallisto计算TPM值,通过在线工具Morpheus绘制陆地棉CRK家族基因表达热图。【结果】陆地棉基因组中有70个CRK基因,分布于14条染色体,其中52个基因（74.3%）集中串联成簇分布于A6/D6、A9/D9、A10/D10染色体,且在A/D染色体组之间呈现高度共线性关系。编码302-901个氨基酸,58个蛋白质（82.9%）具有跨膜结构域,主要定位于叶绿体、质膜和胞外。磷酸化位点预测结果表明,陆地棉和拟南芥CRK有5个相同的磷酸化位点基序,包括3种丝氨酸磷酸化位点基序和2种苏氨酸磷酸化位点基序。65个陆地棉CRK基因的启动子区（92.9%）至少含有一种逆境激素响应元件,69个基因启动子区（98.6%）至少含有一种生物或非生物胁迫响应元件。根据RNA-Seq数据分析结果,陆地棉CRK基因可分为3种不同的组织表达特征类型;盐、干旱、冷、热胁迫以及接种大丽轮枝菌均可以导致部分陆地棉CRK基因表达水平的改变。GhCRK25在根、茎、叶和胚珠中优势表达,在纤维中几乎不表达,ABA、GA3、SA、PEG-6000、氯化钠和大丽轮枝菌Vd991处理均能刺激GhCRK25迅速上调表达。应用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）沉默GhCRK25可导致棉花对大丽轮枝菌Vd991更为敏感。【结论】陆地棉CRK基因家族有70个成员,具有保守的基因结构和功能结构域,多样化的组织表达特征,大多数基因受激素和逆境调控。     

陆地棉PUP家族基因的鉴定及表达分析

为了有助于开展陆地棉PUP家族基因的生物学功能研究,也为后续陆地棉PUP基因在抗逆中功能的研究提供候选基因,利用生物信息学从陆地棉中鉴定PUP基因,并对PUP基因结构、保守结构域、顺式作用元件以及在胁迫条件下的表达等进行分析。结果表明,从陆地棉（TM-1）中共鉴定出31个PUP基因,依据进化分析结果,将这些基因分为3个亚支。染色体定位及基因复制事件分析结果表明,31个GhPUP家族基因分布在19条染色体上,且所有的PUP基因都由基因复制事件产生,复制类型为片段重复;基因结构的分析结果显示,陆地棉PUP基因大多数只有1个内含子,少数有2个或3个内含子,也有少数基因没有内含子;保守结构域分析表明,不同亚支上的PUP蛋白既有共同性也有特异性。顺式作用元件分析结果显示,GhPUPs基因启动子区域共有18个元件,这些元件分属于激素应答、胁迫/物理应答以及植物生长发育相关元件3类。同时,结合进化分析和转录组数据,筛选出了参与陆地棉胁迫应答的PUP基因。     

辣椒VQ基因家族的鉴定与低温胁迫下的表达分析

目的 从辣椒（Capsicum annuum L.）全基因组中鉴定VQ基因,并进行基因结构、基因进化、染色体定位以及组织表达和低温诱导表达分析。方法 利用辣椒基因组数据库,通过生物信息学方法,鉴定辣椒基因（CaVQ）家族成员;利用MEME、GSDS 2.0、DNAMAN8、MapInspect等软件进行基因结构及染色体定位分析;采用MEGA6.0软件进行系统进化树分析;利用RNA-seq数据及qRT-PCR的方法进行辣椒组织表达模式和低温胁迫分析。结果 辣椒全基因组中含有29个CaVQ基因;CaVQ基因结构相对简单,不均匀地分布在辣椒各染色体上;CaVQ基因家族分为2组（GroupⅠ和GroupⅡ）及6个亚组（GroupⅠa、GroupⅠb、GroupⅠc、GroupⅡa、GroupⅡb和GroupⅡc）;不同组织中CaVQ基因的表达量具有一定差异,低温胁迫可抑制或激活部分CaVQ基因表达量。结论 CaVQ基因家族包括29个成员,分为2组,6个亚组,分布于10条染色体上,其组织表达模式及基因响应具有多样性。     

梨Shaker基因家族的鉴定及其响应低钾和盐胁迫的表达分析

[目的]Shaker基因家族在植物应对低钾环境胁迫和盐胁迫过程中发挥重要作用.杜梨是我国梨生产中应用较广的砧木,鉴定梨Shaker基因家族并研究其在杜梨低钾和盐胁迫下的响应,为提高杜梨耐低钾和盐胁迫提供理论依据.[方法]结合已公布的梨全基因组及拟南芥基因组相关数据,鉴定梨Shaker基因家族成员并分析其进化特征,通过R...     

菠菜NHX家族基因鉴定及其响应盐胁迫的表达分析

Na+/H+逆向转运蛋白(NHX)在植物响应盐胁迫和生长发育过程中发挥着重要的调控作用.本研究对菠菜NHX家族基因进行全基因组鉴定和生物信息学分析,并利用qRT-PCR技术检测NHX基因在盐胁迫下的表达.结果显示,从菠菜基因组中共鉴定出6个SpoNHXs基因,系统进化树分析发现其分属3个亚家族——Vac、Endo和PM...     

陆地棉COR基因在低温胁迫下的表达分析及功能鉴定

【目的】分析低温胁迫条件下陆地棉中COR家族成员的表达特性,研究参与低温胁迫信号途径的COR基因。【方法】通过Real-time PCR分析低温胁迫条件下,陆地棉COR基因家族成员的表达情况,利用VIGS技术鉴定响应低温胁迫的COR基因功能。【结果】对8个COR基因家族成员在低温条件下的表达分析显示,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因受低温诱导表达水平不断上调,并在处理48 h后表达量较对照上调了近9倍;与之相反,基因序列号为Gh_D06G0147的COR基因在低温诱导3 h左右表达水平出现短暂的上调,但随后其表达受到显著抑制。其余COR基因家族成员的表达受低温胁迫表达水平发生改变,但是随着胁迫时间的增加,转录水平与对照无明显差异。利用VIGS技术在棉花中沉默候选COR基因Gh_D12G0215,并将基因沉默后的棉苗与对照共同进行低温胁迫处理,在相同的处理条件下,Gh_D12G0215基因沉默后的植株与对照相比,对低温胁迫更为敏感,基因序列号为Gh_D12G0215的COR基因可能参与棉花耐低温的调控。【结论】在低温胁迫条件下,陆地棉中部分COR基因的表达受低温胁迫诱导,在陆地棉受到低温胁迫时发挥功能。     

海马齿 NHX 基因家族的鉴定及表达分析

【目的】海马齿（Sesuvium portulacastrum L.）是典型的海岸植物和红树林伴生植物,能够固沙护岸,在海水中可以正常生长,具有极强的耐盐性。Na+/H+ 逆向转运蛋白（Na+/H+ exchange,NHX）在植物耐盐和生长发育中起关键作用,为了解 NHX 在海马齿耐盐过程中的作用,对海马齿 NHX 基因家族进行鉴定和分析。【方法】采用生物信息学方法从海马齿全长转录组数据中鉴定 NHXs 成员,对其蛋白理化性质、保守基序和进化关系进行分析,并利用荧光定量 PCR 技术研究盐胁迫下 NHXs 成员的表达模式。【结果】从海马齿中共鉴定出 12 个SpNHX 基因,命名为 SpNHX1~SpNHX12。SpNHXs 基因编码的氨基酸长度为 276~554 aa,分子量为 31.22~61.21 kD,等电点为 5.55~8.64,不稳定指数为 32.14~50.54,均为疏水性蛋白。系统发育分析表明,SpNHX 蛋白可分为 2 个亚组,同一亚组具有相似的保守基序。多序列比对结果发现,SpNHX 均具有 Na+/H+ exchange 保守结构域。转录组数据和荧光定量 PCR 结果显示,SpNHXs 基因在盐胁迫下均受到不同程度的诱导,其中 SpNHX1、SpNHX9、SpNHX10、SpNHX11 和 SpNHX12 在盐胁迫下显著上调表达。【结论】本研究明确了海马齿 NHX 基因家族在高盐胁迫下的表达模式,表明 SpNHX1、SpNHX9、SpNHX10、SpNHX11 和 SpNHX12 可能参与海马齿盐胁迫响应,为进一步研究 NHX 在海马齿耐盐过程中的作用提供理论基础。     

苹果OFP基因家族的全基因组鉴定与非生物逆境表达分析

【目的】从苹果全基因组中鉴定OFP(OVATE family protein)家族蛋白成员,对其进行基因结构特征、组织表达及非生物逆境等系统分析,为研究苹果OFP的潜在功能提供理论基础。【方法】利用生物信息学手段,在苹果基因组数据库中筛选鉴定OFP基因家族成员;利用MEGA5.0软件进行系统进化树分析;通过Map Draw和GSDS等生物信息学工具分析基因结构及染色体定位;根据已有的苹果芯片数据库结果进行OFP基因表达谱分析;利用实时荧光定量PCR技术检测13个Md OFP的组织表达和诱导表达情况。【结果】苹果OFP基因家族包含28个成员,根据系统进化关系将其分为4组,分别包含13、6、4和5个成员;苹果中13条染色体上均有OFP基因分布,其中第12条染色体最多,有6个Md OFP成员,该基因家族的分布具有广泛性;芯片表达谱分析结果表明该类基因家族在花、果实和叶中的表达量较高,q RT-PCR验证结果较一致;经Na Cl和PEG处理后,苹果根部与地上部呈现出不同程度的响应差异,Na Cl处理明显诱导两组织中Md OFP04和Md OFP20的表达,Md OFP01、Md OFP12和Md OFP18的表达在根部与地上部组织则相反;温度胁迫明显影响Md OFPs的表达量,其中Md OFP04和Md OFP17经高温和低温胁迫处理后均明显上调。【结论】苹果OFP基因家族共有28个成员,分布于13条染色体上,该家族成员呈现出不同的组织表达模式和胁迫响应模式。     

冬瓜 WRKY 基因家族鉴定及表达分析

【目的】WRKY转录因子家族在植物生长发育、抵御胁迫等过程起着至关重要的作用。挖掘参与冬瓜（Benincasa hispida Cogn.）非生物胁迫的WRKY基因家族成员,探究其生物学功能。【方法】基于冬瓜基因组数据库鉴定冬瓜WRKY成员,利用生物信息学的方法系统分析其WRKY基因家族成员的蛋白理化性质、系统发育、保守基序、顺式作用元件,通过qPCR分析冬瓜WRKY的表达情况。【结果】冬瓜WRKY基因家族有57个成员,氨基酸数目在126～650之间,相对分子质量在13.92～71.68 kD之间;蛋白等电点在4.61～9.69之间。根据系统进化树将该家族分为3个类群,第二类群又分为5个亚组。冬瓜WRKY外显子有2～6个。染色体定位分析发现,有56个基因定位在12条染色体上,1个基因未定位在染色体上。保守基序分析显示,Motif 1和Motif 3存在于56个基因,且同一类群具有类似的保守基序结构。同时,冬瓜WRKY基因的启动子上均含有应激反应相关元件、激素响应元件。WRKY在冬瓜不同组织和果实发育时期特异表达。RT-PCR结果表明非生物胁迫和激素处理冬瓜可诱导部分WRKY基因的表达。...     

梨CBL基因家族全基因组序列的鉴定及非生物胁迫下的表达分析

【目的】最近在植物中发现了一类Ca²⁺传感蛋白--类钙调磷酸酶B亚基蛋白CBL（calcineurin B-like proteins）,CBL及其靶蛋白CIPK（CBL-interacting protein kinase）构成CBL/CIPK信号网络系统,在植物干旱、盐渍、低温等逆境胁迫应答中起重要作用。鉴定梨基因组中CBL家族基因成员,对其基因进化、结构与表达特征进行分析,为植物CBL基因功能分析与利用提供依据。【方法】通过生物信息学手段,结合梨基因组注释信息,鉴定梨CBL家族成员序列信息;利用MEGA6.0程序进行多序列比对、分类并构建系统进化树;利用per1程序、GSDS工具以及Clustal X软件进行基因结构与保守性分析;通过qRT-PCR技术进行多种非生物胁迫处理下PbCBLs表达分析。【结果】成功鉴定出7个CBL家族成员,基因结构预测表明PbCBL9含5个内含子,其余PbCBLs均含有7-8个内含子;预测的PbCBLs均含4个EF-hand功能域,且相邻EF-hand功能域之间氨基酸数目非常保守;通过系统发育树分析,将7个PbCBLs分为2类;qRT-PCR技术进行不同胁迫处理下杜梨叶片PbCBLs的表达分析,结果表明,在NaCl胁迫下,PbCBL1表达量6 h降至最低,24 h则明显升高;与之相反,PbCBL2和PbCBL3的表达量在6 h达最高,24 h最低;PbCBL4和PbCBL8表达量在3 h明显增加,随后表达量下降;PbCBL9表现明显的上调趋势,24 h达到最大;PbCBL10则在6 h表达量最高。10%（w/v）PEG6000胁迫处理下,PbCBL2、PbCBL4和PbCBL8表达量上调,PbCBL1表达量下调;PbCBL3、PbCBL9和PbCBL10表达量均在6 h最低,12 h和24 h较6 h明显升高,PbCBL3和PbCBL10于24 h表达量达到最高,而PbCBL9在12 h表达量最高。4℃低温处理下,PbCBL2、PbCBL4、PbCBL8表达量上调;而PbCBL1和PbCBL3表达量下调;PbCBL9和PbCBL10表达量表现上下波动的变化趋势,均在3 h有明显增加,随后显著降低。42℃高温胁迫处理下,PbCBL1、PbCBL3和PbCBL4表达量下调;PbCBL2表达量整体上调,6 h达到最高;PbCBL8、PbCBL9和PbCBL10总体呈现相同的变化趋势,在3 h表达量达到最高,随后明显下降。ABA处理下,PbCBL3和PbCBL10表达量下调,PbCBL2与PbCBL8表达量上调;PbCBL1在6 h表达量最高;PbCBL4和PbCBL9表达量呈现相似的变化趋势,3 h明显升高,随后下降,24 h时最低。【结论】成功鉴定的7个候选PbCBLs中,2个基因（PbCBL8和PbCBL9）受盐胁迫诱导表达,3个基因（PbCBL2、PbCBL4和PbCBL8）分别受干旱、低温与ABA诱导表达。PbCBL2在高温胁迫下被强烈诱导可能意味着其在高温应答中发挥重要作用。     

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...     

小麦RPD3/HDA1基因家族的全基因组鉴定及其对热胁迫的响应

RPD3/HDA1是组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDACs)家族中最大的亚族,已知的HDAC家族基因在拟南芥、水稻等植物的生长发育和非生物胁迫方面都发挥着重要作用,但小麦中对HDACs的研究却较少。为探究小麦中 RPD3/HDA1家族基因对热胁迫的响应,本试验利用生物信息学方法,从小麦全基因组中鉴定出36个小麦 RPD3/HDA1基因,并对其基因结构、进化关系、顺式作用元件和热胁迫下的表达模式进行分析。结果表明:除3A和4A外,其余小麦染色体均含有该家族基因,其基因结构中外显子和内含子的数目差异明显。该小麦家族基因在不同组织和不同逆境胁迫中存在差异表达, TaHDAC-Ⅱ-3a、 TaHDAC-Ⅱ-3b和 TaHDAC-Ⅱ-3d在叶片中的表达量明显高于其他组织, TaHDAC-Ⅰ-2d、 TaHDAC-Ⅰ-2a和 TaHDAC-Ⅰ-2b在热胁迫后表达量有明显上调。进一步研究发现,不同基因在同一生育时期的热胁迫下响应不同,同一基因在不同生育时期对热胁迫的响应也不同,并且相对于35℃而言,多数基因对42℃胁迫响应更显著。这些结果对寻找小麦 RPD3/HDA1家族候选耐热基因具有重要的参考价值。