香蕉CASP家族全基因组鉴定与分析

[目的]了解香蕉CASP家族成员的生物学功能。[方法]以拟南芥CASP基因作为参考序列,基于香蕉基因组数据,通过Blast鉴定香蕉A、B基因组中的CASP家族成员,并对CASP家族成员进行序列特征及低温下的表达分析。[结果]共鉴定得到61个香蕉CASP家族成员,其中A基因组44个(MaCASP)、B基因组17个(MbCASP); CASP基因编码的蛋白存在DUF588和MARVEL保守结构域;根据与拟南芥的亲缘关系将香蕉A、B基因组中的CASP家族成员分为5类; CASP家族成员启动子顺式作用元件中包含光响应元件、激素响应元件、压力响应元件以及多种生长发育响应元件;在低温胁迫下,6个成员(MaCASP21、MaCASP19、MaCASP32、MaCASP43、MaCASP11、MaCASP16)在4℃时呈现特异性表达。[结论]香蕉CASP家族具有功能的多样性,且CASP家族成员在A、B基因组中存在一定的差异,还可能参与低温响应过程。     

杧果RAV基因家族的全基因组分析

为了揭示RAV家族基因在杧果中的序列特征及其表达特性,采用生物信息学方法对杧果RAV家族基因进行序列分析,并通过qRT-PCR技术研究杧果胶孢炭疽菌和细菌性黑斑病菌侵染过程中该家族基因的相对表达量.结果表明,从杧果基因组中鉴定出6个RAV基因家族成员,其编码的蛋白质均具有AP2和B3超家族保守域结构,命名为MiRAV1...     

大戟科植物MVK基因家族的全基因组鉴定与分析

基于已公布的基因组和EST数据,对蓖麻、麻疯树、木薯和橡胶树4种大戟科植物的MVK基因家族进行系统鉴定,并在此基础上分析其基因结构与进化关系。结果表明,这4种植物均含有2个MVK基因,所有基因均含有4个内含子。同源分析表明,MVK广泛存在于各种古细菌、真细菌和真核生物中,显示出较早的起源;虽然MVK在大多数基因组已测序的物种中主要以单拷贝的形式存在,但在所研究的4种大戟科植物中均出现了基因加倍现象,这与玉米和杨树类似。基因表达谱分析显示,在蓖麻的叶片、花、II/III期胚乳、V/VI期胚乳和种子等组织中,RcMVK1的表达丰度总体高于RcMVK2;虽然2个基因表达丰度最高的组织均为II/III期胚乳,但丰度最低的组织却分别为种子和叶片。     

毛果杨全基因组铵转运蛋白家族成员及其序列分析

【目的】探讨毛果杨(Populus trichocarpa)全基因组中铵转运蛋白(AMTs)家族成员的系统发育及部分成员的理化性质、结构和亚细胞定位。【方法】以从毛果杨全基因组数据库中搜索并筛选得到的目标蛋白序列为基础,应用软件CLUSTALX 2.0、GeneDOC和MEGA4,对AMTs家族成员的系统发育进行了分析,并重点分析了AMT1亚家族成员PtrAMT1-1、PtrAMT1-6和AMT2亚家族成员PtrAMT2-1、PtrAMT4-5的保守基序、理化参数、亲/疏水性、跨膜域、三级结构及亚细胞定位。【结果】在毛果杨基因组数据库中发现了19个AMTs,8个属于AMT1亚家族,11个属于AMT2亚家族;AMT1和AMT2亚家族内的蛋白序列保守性强,而亚家族之间的差异较大;AMT1与AMT2间的共同基序较少;AMTs是一类位于膜上运输NH4+的蛋白家族,有10~11个跨膜域,亚家族内蛋白三维结构相似,不同AMTs成员的亚细胞定位不同。【结论】在毛果杨中,AMT1与AMT2亚家族分开较早,各AMTs在杨树氮素代谢中起着不同的作用,共同维持并调控着杨树体内的氮素平衡。     

芥蓝TCP家族全基因组鉴定及表达分析

为明确芥蓝TCP家族相关基因在叶片发育中的功能,基于甘蓝基因组数据,分析鉴定出芥蓝TCP基因家族有40个成员,参考拟南芥同源TCP基因注释及拟南芥数据库基因的相对表达量,初步选取BoTCP21和BoTCP25基因,采用qRT-PCR分析。结果表明：BoTCP21和BoTCP25均在叶片中大量表达,但二者在真叶不同部位的表达模式存在差异。为了进一明确TCP基因家族中参与叶片发育的基因,采用生物信息学方法并结合qRT-PCR对BoTCP家族进行了全面分析。结果显示：40个BoTCP都属于非分泌亲水性蛋白,分别定位在8条染色体上;系统进化树构建和亲缘关系分析将芥蓝中的BoTCP成员归为3类,其中PCF亚家族有19个成员,CYC亚家族8个成员,CIN亚家族13个成员。qRT-PCR结果表明：BoTCP21和BoTCP25在真叶和薹叶中具有较高的表达量,BoTCP14在开花结荚的植株根部表达量较高,而BoTCP16则在抽薹植株的根部表达量最高,说明BoTCP家族成员在组织部位表达存在时空特异性且广泛参与了植株的形态建成和器官发育。     

黄藤Dof家族的全基因组鉴定及系统进化分析

为了揭示黄藤全基因组中Dof基因家族的生物学功能,利用生物信息学手段,对黄藤Dof基因家族进行了全基因组鉴定,并系统分析了黄藤与其他9个物种Dof基因家族分子进化关系。结果表明：黄藤基因组中含有25个Dof基因,亚细胞定位预测发现它们均位于细胞核,跨膜结构预测到黄藤所有的Dof蛋白成员均不具有跨膜结构;黄藤的Dof蛋白家族均为不稳定亲水蛋白,其二级结构由α−螺旋、无规则卷曲为主导,其三级结构主要由α−螺旋和β−转角进行复杂的空间构象变化组成;黄藤Dof蛋白成员的氨基酸个数为184到586 AA,pI范围为4.71～9.57;根据系统进化分析,黄藤Dof基因家族分为ClassⅠ −ClassⅣ共4个亚组, 其中ClassⅡ成员最多（8个）,约占总数的32%;其次是ClassⅣ（7个）、ClassⅠ（5个）和ClassⅢ（5个）;从组别上来看,ClassⅡ成员分化速度是最快的,与原始祖先的亲缘关系最远。从组中来看,ClassⅡ中成员DjDof9和DjDof10分化最快,与原始祖先的亲缘关系最远,DjDof12和DjDof24分化较慢,与原始祖先的亲缘关系相对较近;黄藤与拟南芥的进化关系表明两者亲缘关系不是很近;黄藤与其他9个物种的Dof 基因的系统进化分析表明黄藤与甘蓝型油菜和小麦有较近的亲缘关系,序列同源性也较高,与可可亲缘关系最远。     

毛果杨全基因组磷酸根转运蛋白家族成员序列分析

磷酸根转运蛋白是一类主动转运磷酸根的重要载体蛋白.主要探讨毛果杨Populus trichocarpa全基因组中磷酸根转运蛋白(phosphate transporter)家族成员的系统发生和部分成员的理化性质、结构特点及亚细胞定位.以从毛果杨全基因组数据库中搜索并筛选得到的目标蛋白序列为基础,利用相关生物信息学软件对其进行系统发育分析,并利用一系列在线服务器对部分成员的理化参数、亲/疏水性、跨膜域、二级结构、三级结构和亚细胞定位进行了重点分析.结果表明,在毛果杨全基因组中共发现了31个磷酸根转运蛋白家族成员,根据其序列相似性,可分为4个亚家族,即PtrPHT1,PtrPHT2,PtrPHO1和PtrPHO2;PHT亚家族内的序列相似性高于PHO,并且高度保守;它们均为疏水性的全α型蛋白质,PHTs一般具有12个跨膜域,多于PHOs;不同亚家族成员的亚细胞定位不尽相同.因此,毛果杨磷酸根转运蛋白不同亚家族间分开较早,它们在杨树磷素代谢中可能起着不同的作用,共同维持并调控杨树体内的磷素平衡.     

鳌肢动物Wnt基因家族的全基因组与进化分析

Wnt蛋白是由Wnt基因家族编码的一类富含半胱氨酸的分泌性蛋白,在多种生物过程中扮演了至关重要的角色,如胚胎发育过程中细胞形态的分化,组织的再生,体细胞稳态维持以及免疫应答的调节。基于其功能的多样性和重要性,Wnt基因家族在多种后生动物中已经被广泛研究。但是,在节肢动物门中的螯肢动物中,仍然缺乏关于Wnt基因及蛋白的系统研究。在本研究中,从8种已有基因组或转录组资源的螯肢动物对Wnt基因家族进行了生物信息学鉴定和分析,共鉴定出87个Wnt基因家族成员。对Wnt蛋白序列结构的分析结果显示螯肢动物的Wnt蛋白包含高度保守的Wnt结构域、信号肽、跨膜区域或低复杂度区域;对Wnt基因在基因组上的位置分析表明螯肢动物的Wnt基因在基因组上的分布情况主要有两种模式,包括Wnt9-Wnt6-Wnt1基因簇和Wn5-Wnt7基因簇,此外还有一些在基因的方向和数量上有差异的物种特异性的分布;系统发育树的构建结果显示螯肢动物中的Wnt5,Wnt7和Wnt11亚家族有扩增现象,而Wnt3和Wnt10亚家族发生了丢失。本研究作为螯肢动物中第一个Wnt基因家族的全基因组研究,有望丰富螯肢动物基因组学的研究内容,为Wnt基因家族在节肢动物乃至后生动物中的和进化和功能的进一步研究提供有力的基础。     

芝麻AQP家族的全基因组序列鉴定及其特征分析

【目的】从芝麻全基因组中分离鉴定水通道蛋白AQP（aquaporin）家族基因,并进行系统进化关系、连锁群定位、基因结构、跨膜结构域和亚细胞定位预测、保守性氨基酸残基以及青枯雷尔氏菌诱导表达分析,为芝麻AQP的功能研究与利用奠定基础。【方法】通过生物信息学手段,结合芝麻基因组注释信息,鉴定芝麻AQP家族成员序列信息,并用InterPro逐一进行验证。利用ClustalW2对芝麻、拟南芥和水稻的AQP以及马铃薯的XIPs进行多序列比对,用MEGA6.0构建进化树。通过MapInspect和Gene Structure Display Server 2.0进行连锁群定位和基因结构分析。采用ProtParam、WoLF PSORT和TMHMM Server v.2.0在线工具预测芝麻水通道蛋白的分子质量和等电点、亚细胞定位及跨膜结构域。通过芝麻、拟南芥和水稻AQP及马铃薯XIPs的蛋白多序列比对结果推测NPA基序、ar/R滤器及P1-P5的氨基酸残基。利用前期研究获得的转录组测序结果进行青枯雷尔氏菌诱导表达分析,并通过qRT-PCR技术对差异表达较为明显的12个芝麻AQP进行验证。【结果】系统分析鉴定了36个芝麻AQP家族基因,根据多序列比对及系统进化分析将其分为5个亚家族：13个质膜内在蛋白（PIP）、12个液胞膜内在蛋白（TIP）、8个类NOD26膜内在蛋白（NIP）、2个膜内在小分子碱性蛋白（SIP）和1个未知内在蛋白（XIP）,其中有34个基因定位在12个连锁群上。同一亚家族成员在基因结构、蛋白序列、亚细胞定位预测及保守性氨基酸残基等方面都较为相似。青枯雷尔氏菌诱导表达分析显示,NIPs、SIPs和XIPs表达无明显变化,部分PIPs和TIPs能够响应青枯菌诱导。SiPIP1;2、SiPIP1;3、SiPIP2;3和SiPIP2;4受青枯菌诱导后表达上调,SiPIP1;3和SiPIP2;3为持续上调,而SiPIP1;2和SiPIP2;4的表达先下调后上调;与之相反,表达下调较为显著的有SiPIP1;4、SiPIP2;1、SiPIP2;6、SiTIP1;1、SiTIP1;3、SiTIP2;1及SiTIP2;2。上述差异表达基因的qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。【结论】通过全基因组分析,在芝麻中鉴定出36个AQP家族基因,分为5个亚家族,分布于12个连锁群上,大部分基因具有1-4个内含子（除SiNIP1;2有7个内含子外）。根据ar/R滤器和P1-P5氨基酸残基组成类型,预测不同亚家族AQP可能识别的底物。青枯菌诱导表达分析表明,部分PIPs和TIPs成员的表达发生了显著变化。     

谷子CO家族基因的全基因组鉴定与分析

抽穗开花是高等植物从营养生长向生殖生长转变的过程,该过程受到众多基因的调控。CONSTANS(CO)是光周期开花途径中的一个关键基因,是生物节律钟基因和开花基因之间的关键枢纽。利用生物信息学的方法,从谷子基因组中鉴定了34个CO基因;与拟南芥CO家族的17个成员进行同源比对,发现Seita.7G007800与Seita.9G020100相似性最高;在此基础上,分析了谷子CO基因的启动子,发现启动子有光响应元件Sp1、脱落酸响应元件ABRE以及赤霉素响应元件P-box等;RNA-Seq转录组测序发现,这些CO基因在叶片中表达量存在显著差异,其中,Seita.4G192300基因表达量最高,而Seita.1G304900,Seita.3G080700和Seita.4G001600这3个基因在叶片中不表达。这些结果不仅为深入研究CO基因与抽穗开花的关系提供依据,而且为后续谷子抽穗开花途径的研究奠定理论基础。     

玉米自交系B73全基因组cystatin抗虫基因家族分析

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatin)基因具有cystatin结构特征的蛋白结构域,广泛存在于植物或动物体内。此类基因在植物或动物蛋白质组中具有多个功能各异的家族成员,并在抗虫中扮演重要角色。通过利用玉米B73全基因组的基因表达序列数据,对12个cystatin基因的结构组成、染色体分布、系统进化等进行了分析。鉴定了该基因家族在蛋白序列间3个高度保守基序,构建了基因家族系统进化树,为该重要基因家族的进化提供了依据的同时也为克隆和分离该类抗虫基因提供参考。     

玉米DREB转录因子家族的全基因组鉴定与分析

借助生物信息学手段,从玉米DREB家族基因的鉴定、基因结构、顺式作用元件等多角度进行解析,以期了解其在抗逆途径中的潜在功能。结果表明：玉米中共有87个DREB家族成员,分为6个亚组,理化性质分析结果表明其编码的氨基酸序列长度为125～452个氨基酸,均编码亲水性蛋白;在玉米10条染色体上均有分布,在4号、5号染色体长臂处较为集中;仅有少数基因含有内含子,大多数成员只以CDS的形式存在且在各亚组之间保守;启动子区域除含有MBS等响应干旱胁迫的元件外,还含有响应赤霉素、ABA、MeJA等相关调控途径的元件;物种共线性分析结果表明,高粱与玉米DREB家族成员之间存在共线性特征,且部分基因呈现倍性关系;基于转录组数据的表达模式分析显示,在干旱、盐、干旱和盐双重胁迫处理下,仅有几个基因的表达水平显著升高,多数DREB家族基因以下调的表达方式参与胁迫响应。     

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1～10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。     

西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

为了探究西瓜NAS基因家族的生物学功能,基于西瓜全基因组组装注释数据,利用HMMER、MEGA、TBtools等工具对西瓜NAS家族进行生物信息学的鉴定和分析,包括染色体定位、蛋白质结构、蛋白保守基序、系统进化树、启动子顺式作用元件和共线性分析。结果表明：在西瓜全基因组中共鉴定出4个ClaNAS基因,分布于2号染色体、3号染色体、6号染色体上;编码的氨基酸数量变化范围为277～356aa、分子量为30.68～39.88kDa、等电点为4.71～7.46;4个claNAS成员编码蛋白质的二级结构组成一致,三级结构差异明显;拟南芥、水稻、甜瓜、番茄和西瓜5个物种的NAS基因家族被分为3个亚族,其中葫芦科植物被单独聚为一类;西瓜NAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答、转录因子结合位点等多种顺式作用元件;西瓜基因组内未发现NAS基因的串联重复和片段复制,但西瓜NAS基因与拟南芥、番茄的NAS基因间分别存在2个共线性基因对。西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析为进一步研究西瓜NAS基因的功能和分子机制提供了依据。     

小麦Dof转录因子家族全基因组鉴定和表达分析

利用生物信息学方法对小麦Dof转录因子家族进行全基因组鉴定,并对其保守结构域、系统进化关系、共线性和表达模式进行分析,以期为小麦Dof转录因子的功能研究奠定基础。结果表明,在小麦基因组水平上共鉴定到86个Dof基因,它们在小麦染色体上不均等分布,A、B、D染色体组中分别含有30、29、27个Dof转录因子;小麦Dof转录因子可被分成A、B、C1、C2、C3、D1、D2七个亚组,其中亚组D1是最大的一个亚组,含有29个Dof转录因子;多序列比对结果显示,所有的Dof转录因子都包含有一个C-X_2-C-X_(21)-CX_2-C保守基序;共线性结果表明,有23个Dof基因组成了29对共线性基因对,暗示Dof基因在进化过程中发生了复制;表达模式分析表明,Dof基因在不同生长发育时期的组织和胁迫条件下均存在差异表达,说明Dof基因广泛参与小麦生长发育,且在响应生物和非生物胁迫中可能发挥重要作用。     

油棕SAUR基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】挖掘并鉴定油棕生长素上调小RNA(SAUR)基因家族成员,并对其进行生物信息学分析,为油棕生长素信号转导机制的研究提供参考。【方法】根据拟南芥SAUR基因序列,在油棕全基因组数据库中同源序列搜索,并利用CDD和Pfam数据库进行SAUR蛋白结构域分析,剔除无保守结构域的序列,最后利用生物信息学软件对油棕SAUR基因家族成员进行可视化分析。【结果】从油棕全基因组中共鉴定出40个SAUR基因家族成员(EgSAUR1~EgSAUR40),有31个基因在油棕14条染色体上呈不均匀分布,其中4号染色体上分布的基因最多为7个;除EgSAUR14和EgSAUR24基因含有2个外显子外,其余38个基因均仅含1个外显子,无内含子。40个EgSAURs蛋白亚细胞定位于细胞核,其二级结构均由α-螺旋、β-转角、无规卷曲和延伸链组成,以无规卷曲和α-螺旋所占比例较高,其中有11个EgSAURs蛋白呈酸性,29个EgSAURs蛋白呈碱性。40个油棕SAUR蛋白被划分为四大类,其中第Ⅰ(除EgSAUR27蛋白外)、Ⅱ(除EgSAUR3和EgSAUR22外)、Ⅲ、Ⅳ类蛋白均有Auxin_inducible保守结构域。40个EgSAURs蛋白共含10种保守基序(Motif),其中Motif 2存在于所有基因成员中。在花中特异表达的EgSAURs基因(EgSAUR4、EgSAUR9、EgSAUR10、EgSAUR24、EgSAUR29、EgSAUR30、EgSAUR32和EgSAUR33)数量最多,其次为根、茎和叶,在中果皮中特异表达的基因数最少。【结论】基因重复和组织表达特异性是油棕SAUR家族基因的两大特点,推测该家族基因对油棕花的生长发育及授粉受精过程发挥调控作用。     

芥菜TCP转录因子家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】对芥菜基因组中TCP转录因子家族基因成员进行鉴定和序列分析,并分析TCP家族基因在茎发育时期的表达水平,为研究芥菜TCP基因功能和茎膨大机理提供基因源和理论依据。【方法】从芸薹属基因组数据库下载芥菜基因组数据,结合转录组数据,对芥菜TCP转录因子家族成员进行鉴定,并利用生物信息学方法对该家族成员进行理化性质、亚细胞定位、系统发育关系、基因结构、染色体定位及茎不同发育时期基因表达谱等方面的分析。【结果】芥菜TCP家族共有53个成员;系统进化树分析可分为两个大的亚组;TCP基因大都位于细胞核上,但理化性质差异很大;大部分基因没有内含子,基因结构保守性较高;在染色体上分布不均;表达模式分析显示TCP家族基因可能在芥菜茎膨大中起重要作用。【结论】鉴定了53个芥菜TCP家族基因成员,并发现PCF亚组成员在芥菜茎发育时期特异性表达,可能在芥菜茎的生长发育过程中起重要作用,该研究为芥菜及其他植物中TCP家族的鉴定和功能研究提供了理论基础。