小麦全基因组中YABBY基因家族的筛选与特征分析

YABBY家族是植物特有的转录因子,在植物侧生器官极性建立和发育过程中起重要的调控作用。从全基因组水平鉴定小麦YABBY家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究小麦YABBY家族基因的功能奠定基础。根据已经报道的拟南芥和水稻YABBY基因,在小麦基因组数据库中执行本地BLAST程序鉴定小麦基因组中的YABBY基因,采用MEGA、GSDS、MEME和PlantCARE等软件进行生物信息学分析,并利用已公开的RNA-seq数据绘制不同发育时期和不同组织的表达谱。结果表明,在小麦基因组范围内鉴定得到18个YABBY基因家族成员,分成5个亚家族。Motif分析表明小麦YABBY蛋白均具有C2C2锌指结构域及YABBY结构域; Ta YABBY启动子区检测到与植物生长发育、激素诱导和逆境胁迫有关的顺式作用元件。RNA-Seq表达谱发现小麦YABBY基因具有明显的组织表达特异性。     

番茄YABBY基因家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是植物特有转录因子,与植物形态有关,在植物叶和花器官发育过程中起重要调控作用。试验在番茄基因组范围内鉴定出9个YABBY基因家族成员,分别位于第1、5、6、7、8、11和12号染色体。利用MEGA程序对番茄、拟南芥、大白菜和玉米YABBY基因家族作进化分析,进化树可分为四个亚组;利用GSDS程序分析基因结构保守性,显示Sl YABBY基因内含子保守5~6个;MEME程序作基序分析,显示Sl YABBY基序保守,经鉴定所有Sl YABBYs均具有C2C2锌指结构域及YABBY结构域。运用plant CARE软件分析顺势作用元件发现,在番茄YABBY基因上游1 000 bp序列中存在多个应答不同生物和非生物胁迫的顺式作用元件,且种类和数目不同,表明其作用于番茄生长发育和逆境胁迫过程。基因功能预测和蛋白-蛋白网络分析表明,番茄YABBY家族对根、茎、叶、花、蜜腺、心皮、胚珠等部位发育具有重要调控作用。番茄YABBY基因家族表达分析发现Sl YABBY1、Sl YABBY3和Sl YABBY4在根、茎、花、叶及果实中均无表达,Sl YABBY2和Sl YABBY9表达具有较强组织特异性,为番茄YABBY基因功能研究提供参考。     

拟南芥和大白菜YABBY蛋白家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是一类含有C2C2锌指结构域和YABBY结构域的转录因子,在植物叶器官发育过程中起到重要的调控作用。本研究利用生物信息学的方法对拟南芥和大白菜YABBY基因家族的结构、系统进化、序列保守性以及顺式反应元件进行了分析。主要结果如下:YABBY基因在拟南芥和大白菜染色体上呈不均匀分布;基因的结构以含有6个内含子为主要形式;所有拟南芥和大白菜YABBY基因都具有保守的C2C2锌指结构域和YABBY结构域;YABBY蛋白家族在进化上可分为4个不同的亚组;YABBY基因的启动子序列中存在多个能够响应不同激素和逆境信号的顺式反应元件。本文为进一步研究YABBY基因在大白菜叶球发育中的调控作用和逆境响应中的功能奠定了基础。     

苹果YABBY基因家族的鉴定、进化及表达分析

从苹果全基因组范围内共鉴定出13个YABBY基因,通过聚类分析将其分为YAB1/YAB3、YAB2、INO、YAB5和CRC 5个亚家族。Md YABBY基因分布在苹果的9条染色体上,在第16条染色体上分布最多。Md YABBY蛋白长度介于60~538个氨基酸,等电点为4.84~9.81,所有Md YABBY蛋白都包含有锌指结构和YABBY两个保守结构域,同一个亚家族内的成员表现出相似的基因结构和蛋白保守基序分布;基因顺式作用元件分析发现,Md YABBY基因包含许多与抗逆和激素响应有关的作用元件。基因表达分析发现,Md YABBY基因在花、果和叶中的表达量较高,5个Md YABBY基因在果实发育的3个时期均明显地上调表达。     

植物特有的YABBY基因特征与功能研究现状

本文基于国内外YABBY基因研究文献,结合基因生物信息数据,对YABBY基因家族的特点和分类、YABBY转录因子对植物次生代谢的调控以及多物种YABBY基因研究现状进行了理论总结,综述了YABBY基因家族特征与功能研究的进展,为后续研究植物YABBY基因及其转录因子提供依据。研究表明,YABBY基因家族具有两个高度保守的结构域,即锌指结构域和YABBY结构域。根据YABBY基因在被子植物中的不同表达模式,该基因可分为“营养型”和“生殖型”两类。YABBY基因是植物特有的一类转录因子家族,对植物的生长发育起着重要作用。     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

玉米SNAC转录因子的基因结构特征与逆境调控预测

NAC蛋白是植物特有的转录因子,在植物发育和各种非生物逆境应答中发挥着重要作用。为更好地揭示玉米SNAC(stress-responsive NAM,ATAF1/2,CUC2)家族的耐逆境胁迫功能,对其基因的结构特征及可能的调控机理进行了预测。利用生物信息学方法,鉴定了玉米16个SNAC家族基因,并对该基因家族各编码蛋白的理化性质、基因结构、潜在的磷酸化位点、蛋白质二级结构、基因进化关系、基因组序列结构和启动子结合元件等信息进行分析。分析结果表明：玉米16个SNACs不具有跨膜结构,且均具有N-末端保守结构域和高度可变的C-末端结构域。系统发育分析表明,同一亚群中密切相关的成员具有相似的基因结构,推测在不同植物中会具有类似的耐逆功能。磷酸化位点分析表明,玉米SNAC家族存在着大量的磷酸化位点。二级结构预测表明,玉米SNAC的转录调控区具有高度的内在灵活性。启动子分析表明,玉米SNAC家族基因启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。这些结果为玉米耐逆境研究提供了候选基因,对促进玉米SNAC家族功能分析的进展具有重要意义。     

蓝莓AP2/ERF基因家族鉴定及其在休眠解除过程中的表达分析研究

通过生物信息学鉴定蓝莓AP2/ERF基因家族成员,本研究在蓝莓中鉴定到160个AP2/ERF家族基因,通过进化树和基序分析,其家族成员可划分为AP2、ERF、RAV3个亚家族。氨基酸序列比对和保守结构域分析结果表明,蓝莓AP2/ERF家族成员均含有AP2结构域。启动子顺式作用元件分析表明,ERF基因启动子含有大量光反应、防御应激、脱落酸、赤霉素等响应元件。为了了解蓝莓ERF基因在花芽休眠中的功能,通过转录组表达谱分析发现,多数VcERF基因在蓝莓花芽休眠解除过程中均能表达,不同基因在冷积累下的表达量不同,在休眠解除过程中的表达模式同样存在差异。     

黄瓜R2R3-MYB亚家族鉴定及生物信息学分析

【目的】深入研究黄瓜Cucumis sativus R2R3-MYB亚家族成员的相关功能。【方法】利用生物信息学手段分析黄瓜全基因组,鉴定R2R3-MYB亚家族成员,对其系统进化关系、蛋白理化性质、染色体定位、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。【结果】黄瓜全基因组中含99个具有典型结构域的R2R3-MYB转录因子,蛋白序列含195～552个氨基酸,有保守基序及氨基酸位点;基因在染色体上分布不均匀;大部分亚家族成员蛋白质的不稳定指数大于40,属于不稳定蛋白。顺式作用调控元件分析发现：大部分基因启动子区所含元件与激素调节、MYB结合位点、胁迫密切相关。【结论】通过黄瓜全基因组鉴定,获得黄瓜基因组99个R2R3-MYB家族成员,分为30个亚组,映射于7条染色体上,该家族成员的上游启动子区含逆境相关作用元件。图7表1参36     

苦荞WOX家族全基因组鉴定及响应愈伤诱导率表达分析

【目的】全基因组鉴定苦荞WOX（WUSCHEL-related homeobox）基因,揭示其基因家族成员序列特征、基因表达模式及与出愈率的相关性,为突破苦荞再生及遗传转化难题提供理论基础。【方法】基于同源性搜索策略,以拟南芥WOX基因蛋白为参考序列,进行苦荞全基因组比对,获得苦荞WOX基因家族成员蛋白及核酸序列。基于蛋白同源性及保守结构域分析,鉴定出苦荞WOX基因家族所有成员。同时使用TBtools软件展示FtWOXs家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征。比较分析WOX基因家族成员在苦荞与拟南芥之间的基因组共线性。基于邻近法,利用MEGA X软件构建苦荞、拟南芥和水稻WOX基因家族成员蛋白序列系统进化树。以MS+2,4-D 3.0 mg·L^-1+6-BA 1.0 mg·L^-1为愈伤诱导培养基,下胚轴为外植体,选取70份苦荞品种诱导愈伤组织,评价不同基因型的出愈率。qRT-PCR比较分析高、低出愈率苦荞品种间FtWOXs基因表达水平。基于Pearson相关系数分析出愈率与FtWOXs基因家族成员表达相关性。【结果】共鉴定出30个苦荞WOX基因成员,在苦荞8条染色体上呈现不均匀分布。系统进化树表明30个苦荞WOX基因可划分为3大类,不同类群中WOX基因包含不同的保守结构域,主要的保守结构域为HD（Homeodomain）、START和MEKHLA结构域。保守基序分析表明,FtWOXs基因家族成员所含保守基序数目的范围为2—10个。基因结构分析表明,FtWOXs基因家族成员所含外显子数目的范围为2—18个。顺式作用元件分析表明FtWOXs基因启动子富含26个不同种类的顺式作用元件。系统进化分析表明,30个苦荞、15个拟南芥和12个水稻WOX基因家族成员可分为3类,其中第3类为苦荞独有。基因组共线性分析表明,6个WOX基因在苦荞和拟南芥之间存在基因组共线性。表达模式及相关性表明,FtWOX1/FtWOX12/FtWOX22/FtWOX23/FtWOX24与苦荞出愈率存在正相关性。【结论】苦荞FtWOXs成员存在丰富的序列变异特征,不同苦荞基因型中WOX基因表达水平及出愈率存在明显差异和一定的相关性,揭示不同苦荞WOX基因具有潜在的功能多样性。     

枳Rboh基因家族全基因组鉴定及表达分析

植物呼吸爆发氧化酶(Rboh)可调控活性氧的产生,在植物生长发育和胁迫响应中起着重要作用。基于已公布的枳全基因组数据,利用生物信息学方法对枳Rboh基因家族成员进行鉴定,并分析其理化特征、基因结构、保守域信息、系统进化关系、启动子顺式作用元件和组织表达模式。结果表明：枳基因组中共有7个Rboh家族成员,分布在4条染色体和未知染色体上,被预测定位到细胞膜上;共有12～15个外显子,4～5个保守结构域,8～10个motif;系统进化分析分成5个亚组,与拟南芥Rboh基因之间存在更多的共线性关系;枳Rboh基因启动子区域共有38种顺式作用元件,包括生长发育元件、激素响应元件和逆境响应元件3大类型;枳Rboh基因表达具有组织特异性。这一研究为进一步研究枳Rboh基因功能提供了重要参考信息。     

大豆LEA基因家族全基因组鉴定、分类和表达

 【目的】鉴定大豆全基因组中的LEA家族基因,对其进行定位、分类以及组织表达分析,为植物LEA基因的功能研究与利用提供基础。【方法】利用大豆基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定并获得大豆LEA家族基因的全序列、定位和拷贝数信息;通过序列比对进行进化和分类分析;利用大豆发育表达芯片数据、NCBI中UniGene的EST表达数据进行组织表达谱分析。【结果】系统地分析鉴定了36个大豆的LEA家族基因,根据结构域的差异和系统发育分析将这些LEA基因分成8个亚家族。基因定位分析结果表明,这些基因分布于大豆的16条染色体上,启动子分析表明,几乎全部LEA基因的启动子区含有逆境反应顺式作用元件。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,多数成员至少在一个组织中表达,10个差异表达的基因中有5个在种子发育时期优势表达,另外5个在其它部位优势表达。【结论】通过全基因组扫描,获得大豆基因组的36个LEA家族基因,它们分属于8个不同的亚家族,分布于16条大豆染色体上,启动子区含有逆境相关顺式作用元件,基因表达具有一定特异性。     

闽楠PLR基因家族鉴定及响应激素的表达分析

  目的  解析闽楠Phoebe bournei木脂素合成途径关键酶基因Pinoresinol-lariciresinol reductase (PLR)特征及不同激素处理下的表达模式，探索闽楠PLR基因家族的生物学功能。  方法  利用生物信息学方法鉴定闽楠基因组中的PLR基因家族成员，分析基因结构、保守基序、染色体定位、系统进化、启动子顺式作用元件和激素响应。  结果  从闽楠全基因组内共鉴定出8个闽楠PLR (PbPLR)成员，不均匀地分布于第1、2、5和10号染色体。系统进化分析表明:PbPLR功能可能与底物立体选择性有关。启动子元件分析发现:PbPLRs启动子区域存在脱落酸、水杨酸和茉莉酸甲酯等激素响应元件；基因表达分析表明:PbPLRs基因的表达具有组织特异性和激素响应特征，其中PbPLRs基因在根中表达量最高，其次茎，叶中表达量较低；3种激素处理时，PbPLR2表达诱导最强。  结论  从闽楠基因组中鉴定出的8个PbPLRs基因，其基因特征和不同成员可能具有不同催化酶立体选择性，成员表达模式多样化，可能受多种激素诱导，具有组织特异性。图6表2参25     

黄瓜ERF基因家族鉴定及其在雌花芽分化中的表达分析

【目的】通过以黄瓜9930_V2版本基因组为参照进行生物信息学分析,对ERF基因家族在基因组中的数量、结构以及表达特征进行分析,为研究ERF转录因子在黄瓜雌花分化与发育中的作用提供数据支持。【方法】根据已报道的拟南芥ERF,利用黄瓜基因组数据库中9930_V2版本基因组进行BLAST比对,通过MEGA、MEME、TBtools、ExPASy等工具进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测不同性型黄瓜材料、雌花发育初期不同阶段中ERF基因家族成员的表达水平。采用酵母单杂交方法验证家族成员与乙烯响应元件GCC-box的互作。【结果】从黄瓜材料9930基因组中鉴定得到138个ERF基因家族成员,共分为10个亚族,编码氨基酸长度介于126—745。按照基因家族成员在染色体上的位置分布,将其命名为CsERF1-CsERF138。多序列比对和motif分析结果表明,黄瓜ERF基因家族均具有AP2/ERF结构域,其中4个成员具有B3结构域。表达分析结果显示,在不同性型材料中共有19个ERF家族成员差异表达,其中9个在FFMMAA基因型中高表达,10个在ffMMAA基因型中高表达。通过雌花芽发育初期ERF家族成员的表达趋势分析,发现31个ERF随子房发育表达上调,30个表达下调。初步证明CsERF9和CsERF31具有结合GCC-box元件的功能。【结论】从黄瓜基因组中鉴定出138个ERF基因家族成员,均拥有1个或多个AP2/ERF结构域;其中部分成员在不同性型材料中差异表达,并可能参与雌花分化初期的基因表达调控;部分成员具有结合保守元件GCC-box调控下游基因表达的功能。     

辣椒CUL家族基因的鉴定与表达分析

CUL家族成员在植物体内发挥着重要作用,但关于辣椒CUL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析报道较少。本研究对辣椒CUL基因家族进行了全基因组鉴定和表达分析。结果表明,共有12个CaCUL家族基因被系统鉴定,编码序列(CDS)全长为777～2 952 bp,非均匀地分布在6条染色体上,系统进化树将CUL基因分为4个亚家族。保守结构域分析结果表明,所有CUL蛋白均含有Cullin结构域,除此之外,有8个成员含有Cullin-Nedd8结构域,CaCUL1.6蛋白含有NB-ARC结构域。亚细胞定位预测发现CaCUL均定位于细胞质、细胞核。CaCUL基因的启动子中有多种与激素和胁迫响应等相关的顺式作用元件。基因表达模式分析结果表明,在不同生长阶段的不同组织中CUL参与了辣椒植株的生长和发育;在非生物胁迫中,大部分CUL基因都具有应激反应。本研究为进一步解析CaCUL家族基因在辣椒生长发育和非生物胁迫应答中的作用机理奠定了基础。     

玉米YABBY基因家族的全基因组鉴定与分析

YABBY基因家族作为植物特有的转录因子家族,在调控植物侧生器官发育中发挥重要作用。本研究利用玉米全基因组数据分析玉米YABBY基因家族,阐明该基因家族成员结构、系统进化发育关系以及基因家族成员在玉米不同组织及不同发育时期的表达谱。结果显示,玉米参考基因组中存在13个YABBY基因,命名为Zm YABBY1~Zm YABBY13,根据系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为4亚类S1~S4。RNAseq数据显示玉米YABBY基因在籽粒、茎和茎端分生组织(Shoot apical meristem,SAM)、幼胚及叶片中有较高表达,预示玉米YABBY基因可能在上述器官发育中发挥调控作用。本研究结果为进一步解析该基因家族的功能奠定了研究基础。     

水稻OsRIP基因家族的全基因组鉴定及其表达分析

水稻(Oryza sativa)中RIP基因家族编码典型的E3泛素连接酶，在生长发育、逆境响应过程中发挥重要作用。利用水稻基因组数据，采用生物信息学方法鉴定了水稻中的RIP基因家族成员，鉴定到6个RIP家族基因，命名为OsRIP1～6，其编码区长度在906～1086 bp之间，分布在5条染色体上，内含子数量为2～3个。水稻中RIP基因被分为3个亚家族，每个亚家族的内含子数量、基因结构、motif基本一致。蛋白结构域分析结果表明，在水稻中，RIP家族的所有成员均含有SINA和RING结构域。共线性分析显示，水稻与玉米存在最多的共线对，与拟南芥不存在共线对。对启动子顺式作用元件分析发现，RIP基因启动子区有多个非生物胁迫响应元件、光响应元件及激素响应元件。另外，还分析RIP基因家族在不同组织器官、不同发育时期及昼夜节律的表达模式，结果表明在根、茎及花器官中表达水平较高；OsRIP6在播种后83 d表达水平最高，而其他成员在播种后48～69 d的表达处于较高水平；昼夜表达的分析结果显示，在光照后10 h该基因家族成员的表达水平较高。在ABA、JA激素和干旱胁迫、盐胁迫处理下，OsRIP1～5...     

陆地棉NCS1基因家族的全基因组成员鉴定及分析

核碱基阳离子转运蛋白-1(NCS1)家族是一个次级活性转运蛋白家族,由细菌、古菌、真菌和植物等2 500多个序列成员组成。在其他研究中发现,该蛋白与溶质特异性转运相关,进而影响植物的生长发育,本研究拟通过分析揭示核碱基阳离子转运蛋白在棉花生长发育中的作用。通过全基因组序列分析鉴定陆地棉NCS1基因家族成员;在此基础上,对这些基因进行定位、结构分析、进化发育分析,并开展启动子顺式作用元件鉴定的系统研究。本研究在全基因组水平一共鉴定出4个陆地棉NCS1基因,染色体定位发现,这些基因分布在A09和D09两条染色体上,motif结果显示所有NCS1蛋白质中都有NCS1结构域的存在,基因结构分析发现,外显子、内含子结构和长度在亚组表现一致。棉花、拟南芥、水稻、玉米等物种的系统发育分析比较表明,该基因家族在物种进化过程中出现了明显的分化。启动子序列分析则表明,该基因家族中存在有大量与脱落酸、赤霉素反应相关的顺式作用元件。取开花后17和21 d的棉花纤维开展qRT-PCR验证实验,结果表明,NCS1基因家族成员在纤维发育过程中具有显著的调节作用。本研究是首次在陆地棉中对NCS1家族进行全基因组的鉴定...     

小麦TaBTLs基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

【目的】鉴定和分析小麦TaBTLs基因家族成员。【方法】通过生物信息学方法，分析小麦TaBTLs家族成员的数量、生化性质、基因结构、共线性关系、系统进化关系和启动子顺式作用元件；利用小麦RNA-Seq数据，分析TaBTL基因在不同组织器官和发育时期的表达模式以及对非生物胁迫的响应水平。【结果】小麦共有35个TaBTLs基因家族成员，所有成员均含RING-H2和BZF保守结构域，相对分子量介于29.64～45.16 ku之间。TaBTLs基因分布在除2A、2B和2D染色体以外的所有染色体上，且各成员之间存在大量重复事件。不同物种间BTLs基因分为7个亚族。TaBTLs基因在启动子区域存在大量的植物生长发育和逆境响应顺式作用元件；该基因家族成员在不同的组织和器官中广泛表达，并且受盐和干旱胁迫诱导。【结论】研究结果为阐明TaBTLs基因家族的进化关系和进一步研究其家族成员的功能提供理论依据和前期工作基础。     

白羽扇豆WRKY转录因子家族鉴定及生物信息学分析

WRKY转录因子家族在植物生命活动中具有重要作用。利用生物信息学方法分析白羽扇豆基因组数据,对LaWRKY转录因子家族成员进行鉴定及染色体定位,同时分析其蛋白理化性质、系统发育进化关系、保守基序分布、保守结构域位置、基因结构及启动子-顺式作用元件等,并从系统发育进化的同源性、启动子-顺式作用元件等多角度对LaWRKY转录因子功能进行预测。结果表明,在白羽扇豆中共鉴定到106个LaWRKY转录因子家族成员,各成员不均匀地分布在24条染色体上,但18号染色体上无分布;106个成员聚类为3个亚族（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）,各亚族成员的保守基序分布相似,对应的保守结构域、基因结构特征也表现一定的规律性,多角度预测到LaWRKY转录因子与植物激素、环境变化等方面有关联。本研究为深入解析LaWRKY转录因子对白羽扇豆生命活动的调控作用提供理论参考。