陆地棉NF-YB基因家族的全基因组分析

为了进一步了解NF-YB基因家族结构的功能,利用生物信息学手段,系统研究了陆地棉标准系TM-1基因组中NF-YB基因家族的数目、亚细胞定位、染色体分布、进化关系、基序以及组织表达情况。结果表明:TM-1基因组中共有41个NF-YB基因家族成员,它们含有相同的CBFD_NFYB_HMF结构域,大部分定位到细胞核内;41个NF-YB基因家族成员分布在19条染色体上,其中有19组成员在A亚组和D亚组中表现为直系同源基因;进化树分为Ⅰ和Ⅱ2个小组,每个小组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析则发现,在这41个NF-YB基因家族成员中,至少有24个成员可以进行表达,且表现出一定的组织特异性。     

陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定及分析

【目的】单锌指DNA结合蛋白(DNA binding with one finger, Dof)是1类植物特有的转录因子,在植物生长发育与非生物胁迫响应中发挥非常重要的作用。本研究旨在对陆地棉Dof转录因子家族进行全基因组分析,为深入研究Dof基因参与植物生长发育的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学手段对陆地棉Dof基因家族进行全基因组鉴定,并系统分析Dof基因家族成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达谱。【结果】陆地棉中一共鉴定出118个Dof基因。经聚类分析将其分成9个亚家族,同一亚家族的陆地棉Dof基因有相似的内含子/外显子和基序分布模式。基因复制分析表明,全基因组复制可能导致陆地棉Dof基因的扩增。陆地棉Dof基因启动子区域存在不同植物激素和逆境胁迫响应元件。转录组分析表明,陆地棉Dof基因在不同的组织、发育时期和逆境胁迫下聚为3个表达模式不同的类群,暗示了其功能多样性。【结论】陆地棉Dof基因家族的全基因组鉴定和分析,有助于了解其进化和功能,为后续研究提供重要参考。     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

[目的]REM(Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道.[方法]基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表...     

陆地棉EPSPS基因全基因组分析

当前在NCBI中提交的来源于陆地棉的EPSPS基因有2个,随着陆地棉基因组测序结果的公布,为在陆地棉基因组中全面鉴定EPSPS基因的存在提供了便利条件。从陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库中共搜寻获得4个EPSPS同源基因,这4个基因分别分布在A07、A12、D07和D12亚基因组。从这4个基因的核苷酸序列、氨基酸序列和基因结构的比对,构建进化树的系统发育分析以及基因的转录情况研究来看,定位在A07和D07亚基因组的2个基因属于共线性高度同源基因,定位在A12和D12亚基因组的2个基因也是相同的情况。序列比对结果表明,已经在NCBI中提交的2个EPSPS基因分别是定位在A12和D12亚基因组上的基因,研究结果为定位在A07和D07亚基因组上EPSPS基因的克隆和功能研究提供了基础理论依据。     

陆地棉Nudix基因家族的全基因组鉴定及表达分析

[目的]Nudix是一类能够催化各种核苷二磷酸衍生物水解的酶,具有维持遗传物质稳定,响应逆境胁迫等生物学功能.本研究旨在对陆地棉Nudix基因进行全基因组分析,为深入研究Nudix基因家族参与棉纤维生长发育调控机制提供参考.[方法]通过生物信息学方法对陆地棉基因组(ZJU_v2.1)的Nudix基因进行全基因组鉴定,并...     

陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。【方法】通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。【结果】(1)在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因(GhPT),其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;(2)棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;(3)进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组(GroupⅠ和GroupⅡ),位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;(4)17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;(5)表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。【结论】这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。     

陆地棉微管结合蛋白CLASP家族基因的鉴定及表达分析

CLASP蛋白(CLIP-associated protein,CLASP)是一种调节微管结构与功能的微管结合蛋白,在植物生长发育及形态建成过程中起着至关重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,在陆地棉基因组数据库中鉴定出6个编码CLASP蛋白的基因。多重序列比对及系统进化树分析表明,陆地棉CLASPs可分为2个亚家族(I和II),亚家族I含有HEAT重复结构域和典型的CLASP-N端结构域,亚家族II只含有CLASP-N端结构域。实时荧光定量PCR结果表明,6个CLASPs基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中CotAD_63740(Gen Bank登录号为KX881965)和CotAD_04861(Gen Bank登录号为KX881961)在纤维中优势表达,CotAD_48232(Gen Bank登录号为KX881962)、CotAD_48665(Gen Bank登录号为KX881963)、CotAD_55570(Gen Bank登录号为KX881964)和CotAD_68468(Gen Bank登录号为KX881966)在茎中优势表达,表达模式的不同表明CLASPs在棉花不同组织中功能不同。本研究为深入研究棉花CLASPs的功能奠定了基础。     

陆地棉LTPG基因家族的全基因组鉴定及表达分析

【目的】从陆地棉全基因组范围内鉴定糖基磷脂酰肌醇锚定的脂质转运蛋白(glycosylphosphatidylinositolanchored lipid transfer protein,LTPG)基因,为后续研究提供支撑。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉TM-1基因组中筛选鉴定LTPG基因家族成员,并对其编码蛋白的理化性质、系统进化关系、基因复制、基因结构和启动子区的顺式作用元件等进行预测分析。利用转录组数据结合实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析LTPG基因在不同组织器官和非生物胁迫下的表达模式。在烟草叶片中采用瞬时转化法检测目标蛋白的亚细胞定位情况。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定到95个GhLTPG基因,系统发育分析将这些GhLTPG蛋白聚为5类。片段复制是GhLTPG基因家族扩张的主要原因。K_a/K_s分析表明GhLTPG基因经历了强烈的纯化选择。转录组数据分析表明,部分GhLTPG基因响应低温、高温、盐和干旱胁迫。表达分析结果显...     

陆地棉抗坏血酸过氧化物酶基因家族全基因组生物信息学分析

【目的】抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)是过氧化物酶家族中的1类成员,可以清除活性氧。APX家族的生物信息学分析有助于更好地了解该家族基因。【方法】利用生物信息学方法,从中国农业科学院棉花研究所提供的陆地棉序列中鉴定出14条APX基因家族序列,并对这14个成员的染色体定位、亚细胞定位、进化关系、理化性质、信号肽、保守基序以及其编码蛋白的结构特征进行了预测分析,并初步分析了部分基因的表达。【结果】APX基因分布广泛,分散在不同的染色体上;且大部分APX蛋白定位在细胞质,是亲水性脂溶蛋白;有3个保守基序,保守性较强;基因起源和进化比较复杂;二级结构的主要元件为α-螺旋和无规则卷曲。根据表达分析推测,第1亚组和第2亚组的基因在棉纤维发育的不同时期起作用。【结论】这些结果有望为APX家族成员的结构与功能挖掘提供参考。     

陆地棉NF-YA基因家族的全基因组鉴定与功能分析

【目的】通过对陆地棉NF-YA基因家族进行全基因组鉴定,分析其表达特性,鉴定其中与棉花开花相关的基因。【方法】利用生物信息学方法系统分析了其理化性质、基因结构、共线性、Ka/Ks、顺式作用元件和表达模式,实时荧光定量聚合酶链反应(Polymerase chain reaction,PCR)分析表达特征,采用病毒诱导基因沉默技术验证基因功能。【结果】陆地棉中鉴定到29个NF-YA基因家族成员,分为5个亚组,定位在18条染色体上;全基因组复制和片段复制是GhNF-YA基因家族扩张的主要动力;启动子区含有大量光反应的顺式作用元件。GhNF-YA基因家族基因在茎、叶中高表达;12个GhNF-YA基因在早熟品种鲁棉研19号和晚熟品种鲁棉研37号中均在第三至六叶时期表达量较高,并且大部分基因在品种间表达差异显著。沉默GhNF-YA18基因的鲁棉研37号植株比对照提前11 d现蕾,并且该基因在白化期和现蕾期的表达量均低于未沉默对照棉株。【结论】本研究对陆地棉NF-YA基因家族进行了鉴定和表达分析,为进一步研究棉花开花调控的分子机制奠定了基础。     

陆地棉PPO基因全基因组鉴定及对黄萎病菌的响应分析

【目的】多酚氧化酶(Polyphenol oxidases,PPO)广泛参与植物抵抗病虫害等生物逆境胁迫的过程。本研究旨在研究棉花中的PPO基因及其表达模式,验证多酚氧化酶与棉花抗黄萎病的关系。【方法】分析了黄萎病菌V991侵染下异源四倍体陆地棉TM-1根系中PPO酶活力变化,并利用TM-1的基因组数据库,鉴定相关基因,并进行生物信息学和表达分析。【结果】共筛选到13个候选GhPPO基因。这些基因都不含内含子,所编码的蛋白包含2个铜离子结合位点和PPO的保守序列(酪氨酸酶、DWL和KFDV保守结构域)。进化分析显示,陆地棉PPO基因的种内相似性大于种间相似性,并且相互之间形成了多对重复基因。GhPPO的表达量差异较大,少数基因具有组织特异表达的特性,多数基因在棉花不同组织中表达量都很低。实时荧光定量聚合酶链式反应分析结果表明:GhPPO6D在棉花根系中表达量较高,且在黄萎病菌V991侵染后上调。【结论】GhPPO6D可能参与了棉花与黄萎病菌的互作过程,与V991侵染后棉花根系PPO酶活力上升相关。     

一个棉花类受体蛋白激酶基因的克隆与表达分析

 利用简并引物扩增、染色体步移以及RT-PCR的方法,分离了棉花的一个类受体蛋白激酶基因的全长序列。序列分析表明,该基因没有内含子,开放读码框的长度为2964 bp,编码的多肽序列含有988个氨基酸并与拟南芥控制花器官脱落的基因HAESA-like2具有60%左右的相似性,将该基因命名为GRLK5。半定量RT-PCR分析发现GRLK5在种子、茎皮、根和纤维中的表达量较高,并且受ABA的诱导表达。将GRLK5整合到植物表达载体pCAMBIA2301中,构建植物过量表达载体,通过农杆菌介导,采用叶盘法转化烟草,PCR检测证明目的基因已经整合到烟草基因组中。     

彩色棉多药和有毒化合物输出蛋白MATE家族基因的鉴定及表达分析

植物多药和有毒化合物输出家族(multidrug and toxic compound extrusion, MATE)是一类可转运阳离子染料、氨基葡糖、多种抗生素与药物等次生代谢产物的转运蛋白家族。本研究利用生物信息学手段从陆地棉基因组数据库中鉴定了MATE家族基因, 并从基因的系统进化关系、染色体分布、基因结构和表达模式等方面对该基因家族特征进行了比较分析。共鉴定出91个陆地棉MATE基因, 命名为GhMATE1~GhMATE91。陆地棉MATE蛋白与拟南芥MATE蛋白均可分为A、B、C、D、E、F和G 7个亚家族, 其中84个GhMATE蛋白具有12个典型的跨膜结构域。染色体定位显示, GhMATE家族成员定位在不同的25条染色体上, 共形成5个基因簇。qRT-PCR分析发现, GhMATE家族基因在棉花各组织中均有表达, 但表达模式各不相同, 其中GhMATE13和GhMATE23在棕色棉纤维中的表达量明显高于在白色棉中, 表明它们可能与棕色棉纤维的颜色形成相关。本研究为进一步解析棉花MATE家族基因的功能和作用机制积累了有价值的资料。     

棉花MAPKs家族成员的聚类分析

MAP激酶(促分裂原活化蛋白激酶)级联信号通路(MAPKs)由3种级联磷酸化的蛋白激酶MAPKKK、MAPKK和MAPK组成,在调控植物的生长发育、胁迫响应及抗病反应等过程中都起重要作用。为了全面了解棉花MAPK、MAPKK、MAPKKK家族各成员间的关系,进而研究和揭示MAPKs在棉花抗病、抗逆中的作用,利用已公布的雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组数据,并从NCBI数据库中收集陆地棉的MAPKs氨基酸序列,运用生物信息学的方法对棉花(陆地棉、雷蒙德氏棉、亚洲棉)MAPK、MAPKK和MAPKKK家族的氨基酸序列进行了同源比对和聚类分析。结果表明:棉花MAPK家族具有特征性结构TEY磷酸化位点或TDY磷酸化位点,依据其氨基酸序列可划分为A、B、C和D族,其中TEY类包含A、B和C族,TDY类只包含D族;棉花MAPKK家族具有特征性保守区域S/T-X5-S/T和活性部位基序D(I/L/V)K,并依据其氨基酸序列也可将其划分为A、B、C和D族;棉花MAPKKK家族具有MEKK特征性保守区域G(T/S)PX(W/Y)MAPEV和Raf特征性保守区域GTXX(W/Y)MAPE(L/V),进而分为MEKK类和Raf类2组亚群。本研究梳理了棉花MAPKs中的MAPK、MAPKK、MAPKKK家族各成员间的关系,为进一步研究棉花MAPKs信号传导途径和揭示其在棉花抗病、抗逆中的作用提供了基础信息。     

陆地棉重组自交系产量及产量构成因子性状的上位性QTL分析

棉花的产量及产量构成因子性状是以复杂的方式遗传,遗传力较低并易受环境条件影响。经典数量遗传学指出,上位性是复杂性状的遗传基础。本研究以湘杂棉2号F8和F9世代重组自交系为材料,调查了3个环境下的产量及产量构成因子性状,并构建了遗传连锁图。旨在定位产量及产量构成因子性状的上位性QTL并分析QTL与环境的互作效应。所有产量及产量构成因子性状均检测到上位性QTL,共检测到16对加性互作QTL（AA）,涉及的位点中仅4个有单位点效应,这反映了上位性的复杂性及其对产量和产量构成因子性状的重要贡献。共检测到17对QTL加性和环境互作（AE）,以及14对上位性QTL与环境的互作,表明环境因素对产量和产量构成因子性状起重要影响作用。研究结果还表明上位性效应作为湘杂棉2号的遗传基础起着重要作用。对各性状在不同环境的优良基因型进行了预测。综合优良家系（GSL）和特定环境下的优良家系（SL）的性状表现高于两亲本,表明湘杂棉2号重组自交系各性状都有提高的潜力。由于QTL加性和环境互作以及上位性QTL与环境互作的影响,预测的优良家系基因型会随着环境的改变而不同,表明应针对特定环境开展棉花育种。     

一个新的棉纤维表达蛋白cDNA的克隆、表达及功能初步分析

通过陆地棉高品质纤维种质系7235的棉纤维混合cDNA文库随机测序,得到一个开放阅读框(open reading frame,ORF)完整的棉纤维表达蛋白(GhCFE,GenBank登录号:DQ073045)cDNA序列。该cDNA序列全长1274bp,最大的ORF为996bp,编码332个氨基酸,其理论上的等电点pI=6.14,分子量Mw=37.7KD。它的N-末端存在一个长度为27个氨基酸残基的信号肽。RT-PCR分析表明,该基因在根、茎中不表达,在叶片中微弱表达,在不同发育时期的纤维细胞中均表达,且在纤维伸长期表达量最高。进化树显示GhCFE与已报导的3个棉纤维表达蛋白cDNA有很高的同源性。通过构建酵母表达载体,发现该基因对酵母细胞的伸长和细胞壁加厚没有显著影响。利用pBI121质粒构建了含35S启动子的正义表达载体和含棉纤维特异表达启动子E6的正义和反义表达载体,正在通过农杆菌介导的遗传转化,开展该基因的功能验证。