高粱GRF基因家族鉴定及在非生物胁迫下的表达分析

生长调控因子（growth regulation factor,GRF）是植物中特有的一类转录因子,在植物激素调控、生长发育以及胁迫应答等多个领域扮演重要角色。对高粱GRF基因家族成员进行筛选鉴定,得到8个家族基因,分析了这些基因的理化性质、保守蛋白序列、基因功能及其共线性,分析了这些基因在非生物胁迫下转录组表达差异。结果表明,GRF基因家族结构较为保守,启动子元件含有干旱、低温、茉莉酸等响应元件,推测该家族基因参与生物及非生物胁迫应答响应。通过盐胁迫和烯效唑处理下的转录组数据分析,得到一个与耐盐相关的基因（SORBI_3002G297800）和一个与激素相关的基因（SORBI_3006G203400）,为进一步探究这些基因在高粱应对非生物胁迫中的作用提供了重要参考。     

玉米WRKY 转录因子非生物胁迫的表达分析

WRKY蛋白是一类植物特异的转录因子家族,在植物响应病害及非生物胁迫中起重要作用。通过生物信息学方法,从玉米基因组中得到3个WRKY家族基因序列(ZmWRKY14-like、ZmWRKY25-like、ZmWRKY62-like),预测表明3个蛋白都定位于细胞核。荧光定量PCR分析表明,3个基因在玉米的不同器官中都有表达,但具有组织表达特异性。ZmWRKY14-like和ZmWRKY62-like在幼果中的表达量均显著高于在其他组织中的表达量,ZmWRKY25-like基因在叶、穗丝和幼果中的表达量高于在其他组织中的表达量。盐胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达,ZmWRKY62-like基因呈下调表达;干旱胁迫下,ZmWRKY62-like基因出现下调表达;低温胁迫下,ZmWRKY25-like基因呈上调表达。结果表明,ZmWRKY25-like可能参与了植物对盐和低温胁迫的响应,ZmWRKY62-like基因则可能参与了植物对盐和干旱胁迫的响应。     

烟草糖苷水解酶GH3基因家族鉴定与表达分析

糖苷水解酶GH3基因家族在植物的糖代谢和生长发育中起着重要作用,而烟草GH3基因家族目前尚未见相关鉴定和分析研究报道。本研究采用生物信息学方法在烟草基因组中鉴定GH3家族基因,并对其在不同组织中及逆境条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在普通烟草K326的基因组中共鉴定出35个GH3基因,其中23个被定位在14条染色体上,存在6对共线性基因;GH3家族蛋白均为热稳定性蛋白,其基因上游启动子区均包含多个激素和胁迫响应元件。转录组数据表明,GH3家族基因大多数在烟苗茎尖高表达,少部分在根和茎中高表达,表达量受光照时间影响;烟苗受到干旱胁迫后GH3家族成员都有不同程度的响应。挑选4个NtGH3基因进行qRT-PCR分析,结果表明, NtGH3-5、NtGH3-19、NtGH3-22、NtGH3-26可能参与响应低温以及ABA处理。这可为深入了解烟草GH3基因家族及其功能提供依据。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

旱胁迫相关绿豆VrERF家族基因发掘及表达分析

【目的】探究AP2/ERF转录因子在绿豆干旱胁迫响应中的应答机制。【方法】基于全基因组测序数据对绿豆VrERF家族基因的种间同源性、互作蛋白功能及顺式作用元件进行分析，通过转录组测序数据分析各VrERF基因的组织特异性表达、干旱胁迫下基因表达差异情况并用q RT-PCR进行验证。【结果】绿豆与豌豆、菜豆和大豆的ERF家族基因间不仅具有相同的进化起源，还存在明显的基因扩张现象。VrERF基因启动子区均具有多个与激素响应、胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。此外，不同的绿豆VrERF蛋白间存在广泛的互作关系，可能通过与b ZIP、RAP2.4和STZ等蛋白互作参与绿豆非生物胁迫的防御响应。基因表达分析显示，多数VrERF家族基因的表达具有较强的组织特异性，且在干旱胁迫下，VrERF7/62在绿豆VC1973A和JP226873叶片中均显著下调表达，qRTPCR检测也显示VrERF7/62的表达受干旱胁迫诱导显著下调。【结论】推测VrERF7/62可能在绿豆干旱胁迫响应过程中起负调控作用，结果也为绿豆AP2/ERF家族基因的抗逆性表达及基因功能研究奠定了基础。     

太子参NF-Y基因家族鉴定及表达分析

核因子Y(NF-Y)是真核生物中一种重要的转录因子.采用生物信息学方法从太子参转录组数据库中鉴定NF-Y蛋白家族成员,通过转录组数据分析各基因在不同组织中的表达水平,研究NF-Y基因对土壤水分及蔗糖信号的响应.通过对3个转录组数据库的检索,确定了太子参NF-Y蛋白家族的3个亚家族,包含9个PhNF-YA成员,10个PhNF-YB成员及5个PhNF-YC成员,发现PhNF-YA4等9个成员在叶中有较高表达,PhNF-YA3在块根皮部及PhNF-YB3和PhNF-YB8在块根木质部中有较高表达.干旱胁迫可显著上调11个成员的表达,2个成员的表达量随土壤水分含量的上升表现出上调的趋势.大部分基因能够响应蔗糖浓度的变化.这些结果暗示了水分、蔗糖等因子可通过影响器官中NF-Y蛋白的表达,改变植物NF-Y蛋白间的相互作用关系,进而调控器官的形态建成及逆境响应.     

核桃JrbHLH转录因子家族鉴定与响应冷胁迫基因表达分析

为了探究核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用，本研究通过转录组数据结合隐马尔可夫模型筛选技术在核桃全基因组挖掘出bHLH转录因子家族成员并进行结构分析，进一步对该家族成员响应冷胁迫的差异表达基因进行冷胁迫不同时间与不同组织中的表转录水平分析。结果表明，核桃bHLH转录因子家族包含72个基因，编码72条蛋白，开放阅读框为393～1 839 bp，编码的蛋白长度为130～612个氨基酸，等电点为4.61～9.51，均为亲水性蛋白；各成员均含有典型的碱性区域和螺旋-环-螺旋结构域；与拟南芥同家族聚类分析发现，核桃bHLH家族成员可分布到15个亚群，且同源性较高。结合转录组数据筛选到16个响应冷胁迫的差异表达基因，在冷胁迫不同时间后出现不同程度响应，并且在不同组织中存在特异性表达。本研究将为核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用研究奠定基础。     

毛果杨BBX基因家族鉴定与生物信息学分析

BBXs(B-box)转录因子家族在植物生长发育和胁迫反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学手段在毛果杨（Populus trichocarpa）基因组筛选并鉴定出28个PtBBXs基因家族成员，对该家族成员进行结构和表达分析表明，PtBBXs基因不均匀地分布于15条染色体上，其编码的氨基酸残基数介于184～514，全部为酸性蛋白质。依据基因结构和蛋白质保守基序，可将其分为5个组（A～E），全基因组加倍事件是PtBBXs家族基因数量扩增的主要方式。PtBBX家族基因的启动子区域包含大量激素（脱落酸、赤霉素，和水杨酸等）与非生物胁迫（干旱、低温）响应相关的元件，大多数PtBBXs基因在叶片中高表达，而少量PtBBXs基因（PtBBX5/11/12/28）在根或花序中高表达。转录组数据分析表明，PtBBXs在响应非生物胁迫过程中分工不同，组A和组D的多数成员响应了茉莉酸、水杨酸和低温处理，组B(PtBBX16/19)和组C(PtBBX1/2)基因同时响应盐和干旱胁迫。这些结果为今后进一步挖掘PtBBX基因家族成员功能，以及创制林木抗逆新种质，提供了重要的理论依据。     

油茶NAC基因鉴定及对干旱胁迫响应分析

[目的]NAC是参与调控植物逆境胁迫反应的一类特异转录因子,在植物应对干旱胁迫中具有重要的调控作用.油茶是南方丘陵山地重要的经济树种,主产区夏季干旱严重影响了油茶生产.研究油茶应对干旱胁迫的响应机制具有重要意义.[方法]为明确油茶NAC基因家族成员并探究其对干旱胁迫响应的表达特征,本研究以油茶全长转录组为参考,通过蛋白序列比对和保守功能域,鉴定了67个CoNAC基因家族成员,进一步明确了各基因的结构、理化性质、系统进化关系、亚细胞定位.基于油茶干旱转录组数据,明确各CoNAC在油茶不同干旱程度和复水下的表达水平,并采用qPCR对CoNAC在不同油茶品种和不同干旱胁迫程度下的表达特征进行验证.[结果]根据系统发育关系,67个CoNAC可分为17个亚类,其中ANAC2亚类最多,有13个成员.亚细胞定位预测表明,大部分CoNAC蛋白都定位在细胞核,少数定位在细胞质、线粒体、叶绿体或细胞外.基于不同干旱程度和复水的转录组高通量测序数据,研究发现CoNAC基因表达模式存在一定差异.其中,在中度和重度干旱胁迫期,CoNAC28、51、52、56、60和61等基因的表达量随着干旱胁迫程度加强而持续增加.复水后,CoNAC28、51、52、56、60和61等基因均无表达或表达呈明显下降趋势.qPCR验证结果显示,在干旱胁迫和复水后,4个候选的CoNAC基因均表现出较为相似的表达趋势,即在干旱处理时表达量均呈显著上调,复水后下调,这与转录组表达谱结果基本相同.而候选CoNAC51和CoNAC52基因的表达趋势在干旱和复水后存在在品种间差异.在耐旱性较弱的长林18中,CoNAC52在干旱胁迫和复水后表现为先下调后上调,而CoNAC51基因表达量呈上升趋势.在相对较耐旱长林53中,2个基因的表达模式均呈现随着干旱胁迫上调,复水后下调.由此说明它们的表达调控在不同油茶品种中对水分的敏感程度不同,不同油茶品种对干旱胁迫的响应机制存在差异.[结论]CoNAC基因表达与油茶抗旱性有关,且CoNAC51和CoNAC52在不同油茶品种的表达模式差异能在一定程度上帮助解析油茶的耐旱机制.本研究为油茶NAC转录因子进一步功能分析奠定了理论基础,为油茶耐旱性的遗传改良提供参考依据.     

基于RNA-seq数据发掘响应干旱的谷子C2H2型锌指蛋白基因

C2H2型锌指蛋白在植物响应逆境胁迫以及激素信号转导过程中起着重要作用,为了发掘响应干旱胁迫的谷子C2H2型锌指蛋白基因(SiC2H2),利用转录组测序技术构建谷子聚乙二醇(PEG)处理前后转录组文库,根据表达谱数据鉴定出11个SiC2H2差异表达基因,对其进行理化性质、启动子元件等部分生物信息学分析和进化树及基因结构分析。实时荧光定量逆转录PCR(RT-PCR)验证结果表明,随机选取的4个基因在PEG胁迫前后的表达特点与表达谱数据基本一致。研究结果为后续进一步研究C2H2型锌指蛋白在谷子抗旱性中的作用以及谷子抗旱分子育种提供了理论依据。     

辣木转录因子家族初步鉴定与分析

转录因子在转录水平上激活或抑制基因的表达,在植物生长发育、维持正常生理活动和响应内外部刺激等方面具有重要作用。随着辣木基因组组装的完成,本研究通过生物信息学的方法,对辣木中转录因子家族进行鉴定与初步分析,结果共筛选到1502个转录因子,分属86个家族。同时以拟南芥为参照,鉴定了43个受正选择作用的转录因子,这些正选择基因涉及植物生长发育的各个时期,与植物抗病、环境胁迫密切相关。对辣木HSF蛋白研究表明大部分蛋白的Hsf结构域相对保守,与拟南芥HSF家族蛋白构建系统发育树,发现辣木Hsf基因的分类与进化在一定程度上具有相关性。研究结果将为辣木的生长发育及环境胁迫应答机制提供分子基础。     

玉米bZIP亚家族基因的表达模式分析

bZIP蛋白是植物转录因子中数目最多、最保守的一类转录因子,参与调控植物生长发育及逆境胁迫响应机制等诸多生命进程。本研究选取玉米bZIP基因亚家族、共计14个ZmbZIP基因为研究对象,系统地研究了ZmbZIP在应答不同逆境胁迫的表达模式。系统进化树分析结果表明,14个ZmbZIP基因可以细分为5个亚组。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果显示,ZmbZIP基因在不同组织器官中有不同的表达模式,其表达模式多样性显示其生物学功能的分化。在人为模拟盐、干旱、低温和硝态氮/铵态氮缺乏等逆境胁迫条件下,ZmbZIP基因呈现不同的表达模式,表明ZmbZIP基因广泛地参与各类逆境胁迫响应途径,并在其中发挥着不同的作用。本研究为将来深入研究这些基因的生物学功能提供科学数据。     

核桃JrOFP基因家族鉴定及其响应冷胁迫基因的转录表达分析

OFP(OVATE Family Protein)在植物调控响应逆境过程有重要作用。本研究基于核桃全基因组数据对其OPF基因家族成员进行筛选鉴定,并对其成员结构进行生物信息分析,同时对该家族成员进行时空转录水平分析。结果表明,核桃OFP基因家族包含21个成员,编码21条蛋白,均为亲水性蛋白;均含有典型的DUF623结构域;系统进化发现,该基因家族成员分为4个亚组。冷胁迫后经转录组分析,21个成员对冷胁迫均具有不同程度的响应,并在不同组织中存在特异性表达。本研究为进一步解析核桃OPF基因家族成员在响应冷胁迫过程中的分子机制提供了理论支撑。     

玉米脱水素基因家族的鉴定与分析

脱水素(dehydrin,DHN)属于LEA蛋白第二家族成员,是一种植物中广泛存在的亲水性蛋白,在干旱、低温和高盐等非生物胁迫的环境中起到重要作用。通过生物信息学方法对玉米全基因组DHN家族成员进行了鉴定,并进一步对其系统发育、基因结构、染色体定位和基因复制以及表达模式进行了系统分析。结果显示,在玉米DHN基因家族中共有5个家族成员,多物种系统发育进化树分析、基因结构以及基序分析都表明DHN家族成员在进化上具有高度的保守性。基因复制和物种间微共线性分析表明,在5个玉米DHN基因中存在着1对片段复制基因(ZmDHN1-ZmDHN2),玉米、高粱和水稻3个物种间存在2对直系同源基因(ZmDHN2-Sb04g032250.1,ZmDHN2-Os02g44870.1)。通过转录组表达数据分析表明,玉米DHN家族基因在不同发育时期具有不同的组织表达模式;同时,诱导表达模式分析表明ZmDHN基因的表达受到盐和干旱胁迫的显著诱导。该研究结果将为进一步鉴定玉米DHN家族重要的基因成员并对其开展功能分析奠定基础。     

番茄脱落酸受体PYL基因家族全基因组鉴定及表达分析

脱落酸受体家族包含许多功能基因，其中PYR/PYL/RCARs(PYL)在植物生长发育和防御反应等方面发挥重要生物学功能。PYL基因表达可参与ABA通路调节，对非生物胁迫作出响应。PYL基因家族成员在其他植物中已被鉴定和研究，但在番茄中研究较少。研究首次在番茄中鉴定出20个PYL基因家族成员，分别命名为SlPYL1～SlPYL20。利用生物信息学方法，分析其理化性质、基因结构、系统发育关系、染色体定位、共线性关系和顺式作用元件等，通过顺式作用元件分析发现其含有胁迫响应元件、光响应相关元件和植物生长发育相关元件，预示PYL基因家族功能多样性。转录组数据分析表明，干旱和高温处理前后SlPYL基因表达模式不同，q RTPCR分析发现6个SlPYLs基因全部响应干旱和外源ABA处理，部分响应冷胁迫和盐胁迫。研究为提高番茄逆境抵抗能力研究提供新的候选基因。     

甘蓝型油菜BnMYB1基因克隆及其对非生物胁迫的响应

MYB转录因子是含有MYB结构域的一类转录因子,该转录因子在植物非生物胁迫响应中起着重要作用。以甘蓝型油菜晋油4号为试验材料,从其叶片组织中克隆获得Bn MYB1转录因子基因。生物信息学分析表明,Bn MYB1属于R2R3-MYB亚家族,为小分子亲水性蛋白,定位于细胞核内。利用实时荧光定量PCR方法对BnMYB1基因在生长28 d的晋油4号幼苗的不同组织部位及其在不同非生物胁迫下的表达量进行了分析。结果表明,Bn MYB1基因主要在叶片中表达,对高盐、低温、干旱、水杨酸等非生物胁迫有响应。     

干旱胁迫下沙棘NAC基因的时空表达模式

以青海省湟源县野生沙棘种子繁殖的实生苗为试验材料，对沙棘HrNAC家族转录因子的结构进行分析，并研究HrNAC转录因子时空表达模式。8个HrNAC转录因子等电点为4.910（HrNAC8）~ 9.264（HrNAC1），均属于亲水性蛋白；在沙棘的根、茎、叶中，8个HrNAC转录因子中有7个呈现差异表达，大部分基因随着干旱时间的增加，相对表达量升高，复水后急剧下降。以上结果表明，HrNAC转录因子受干旱胁迫诱导表达，在沙棘响应干旱胁迫过程中发挥重要作用。     

黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析

【目的】基于黄瓜基因组信息和转录组测序大数据,利用生物信息学手段,对黄瓜中DIR基因家族进行鉴定,并分析其在不同组织器官和胁迫响应过程中的表达模式,为后续深入研究黄瓜DIR基因的生物学功能奠定重要基础。【方法】基于已报道的DIR基因HMM模型文件,利用HMMER软件包的hmmsearch程序从黄瓜蛋白数据库中筛选出可能的DIR基因ID,并利用在线工具Pfam和SMART进行验证,最终确定黄瓜DIR家族基因。利用ExPASy、TBtools、GSDS、MEME、MEGA、MCScanX和Circos等工具分析黄瓜DIR基因家族成员的理化特征、染色体定位、基因结构、系统进化树和共线性。基于黄瓜在不同组织和胁迫响应下的转录组测序大数据,利用黄瓜V3版本基因组信息进行转录组分析,检索黄瓜DIR基因在不同转录组测序分析中的表达情况,利用TBtools软件绘制表达热图,分析黄瓜DIR基因在不同组织和胁迫响应过程中的表达模式。【结果】在黄瓜中鉴定到23个DIR家族基因,分布于7条染色体上,编码氨基酸个数在78—684,分子量8.70—73.82 kD;系统进化分析将黄瓜DIR基因家族划分为3个亚族,...     

谷子Aux/IAA家族基因干旱胁迫响应表达模式分析

[目的]Aux/IAA是重要的蛋白质转录因子,广泛参与植物生长素介导的应答作用,同时参与植物的胁迫和防御响应。本文通过分析Aux/IAA家族基因在干旱胁迫中的表达情况,探索谷子抗旱与Aux/IAA家族基因的关系。[方法]本文对谷子Aux/IAA家族基因理化性质、蛋白亲疏水性、启动子功能元件等进行生物信息学分析,并对抗旱(GG)和干旱敏感(JF16)谷子品种在浇水和干旱胁迫下基因的表达谱数据进行分析。[结果]谷子Aux/IAA家族基因均含有多个与胁迫相关的功能元件,且5个基因编码的蛋白均为亲水性蛋白;干旱胁迫处理后,GG和JF16中5个基因的表达变化趋势有所不同,Seita.5G126200、Seita.1G028400、Seita.3G109400表达量均下调,Seita.1G356800基因的表达量明显上调。[结论]谷子Aux/IAA家族基因参与调控谷子干旱胁迫,其调控过程比较复杂,可作为参与谷子抗旱的候选基因。本研究结果为进一步探究谷子中Aux/IAA与抗旱机制提供一定理论依据。     

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...