大豆GAPDH家族基因生物信息学及其逆境组织表达分析

为探究大豆GAPDH家族基因应答非生物胁迫的机制,本研究采用同源分析、保守结构分析等方法对大豆GAPDH基因家族进行全基因组搜索,并对筛选出基因的系统发育关系、基因结构和保守基序、染色体分布、启动子区域的顺式作用元件进行分析,并研究了大豆GAPDH家族基因在不同组织中和非生物胁迫诱导后的表达模式.结果 显示:在全基因组水平共搜索出19个大豆GAPDH家族成员,不均匀地分布在10条染色体上;亚细胞定位预测表明16个大豆GAPDH家族成员分布在叶绿体、细胞质和线粒体中;系统发育进化树将其分为4个亚家族Sub Ⅰ、SubⅡ、SubⅢ、SubⅣ,且各个亚家族内基因的结构及保守基序具有高度保守性;基因启动子区域存在不同的与非生物胁迫响应和激素反应相关的顺式作用元件,推测其可能参与大豆非生物胁迫应答过程;大部分GAPDH基因在大豆不同组织中都有表达,并表现出明显的组织特异性;转录组分析发现分别有5和9个大豆GAPDH家族基因在干旱胁迫、盐胁迫下显著上调或者下调,其中GmGAPDH8和GmGAPDH9在干旱胁迫和盐胁迫下均显著上调表达.本研究对大豆GAPDH家族基因进行了系统分析,为进一步研究大豆的GAPDH家族基因在非生物胁迫应答过程中的调控作用提供理论基础.     

玉米CYP基因家族全基因组鉴定及进化与表达分析

利用NCBI中多物种基因组信息以及多种生物软件或在线工具,对玉米CYP基因进行生物信息学分析。结果表明,共鉴定得到23个玉米CYP基因,这些基因不均衡的分布在玉米1～8号染色体上。亚细胞定位分析表明,23个ZmCYPs定位于细胞的不同部位。多物种CYP蛋白进化树将CYP家族蛋白分为9个分支,玉米与高粱中的CYP蛋白多聚类在一支。基因家族内系统进化树联合基因模式图分析表明,处于同一进化分支上的ZmCYPs基因存在基因结构相似而组织表达模式不一致的现象,说明ZmCYPs基因在玉米中功能既存在保守性也存在分歧。对玉米CYP家族蛋白进行motif分析,结合蛋白多序列比对后发现,只有部分ZmCYPs保留了完整的活性位点。启动子顺式作用元件的分析表明,ZmCYPs可能参与光响应及多种非生物胁迫信号通路。对ZmCYPs进行高光强表达谱分析发现,部分ZmCYPs基因表达在高光强环境下受到诱导,表明部分ZmCYPs可能参与玉米在高光强下的适应过程。     

茶树WOX基因家族的鉴定和表达模式分析

WOX转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起着重要的调控作用。文章基于全基因组数据,从茶树基因组中鉴定出29个WOX基因,并对其基因结构、进化关系、保守域、染色体定位进行分析,同时分析了它们在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理中的转录组数据。结果表明,29个CsWOX(茶树WOX)基因在茶树染色体上分布不均;根据进化关系将茶树WOX基因分为4类;基因结构和保守基序分析发现相同亚家族的基因结构和保守结构域基本一致;基因表达分析显示,CsWOX基因在花和果实组织中具有较高的表达水平,且部分基因随着叶片成熟度的增加,表达水平升高;不同的Cs?WOX基因在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理下存在差异表达,说明CsWOX基因广泛参与茶树生长发育并在响应非生物胁迫中发挥重要作用。该结果将为进一步研究WOX基因在调控茶树生长发育和非生物胁迫响应中的作用提供一些有价值的信息,为茶树WOX基因的功能研究与利用提供科学依据。     

玉米BBR-BPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

对玉米BBR-BPC基因家族进行全基因组鉴定,分析基因结构、染色体分布和启动子顺式作用元件结合位点、分布和数量情况以及编码蛋白的理化性质、保守基序和蛋白二级三级结构、进化关系,基于转录组的结果研究基因的组织表达模式和高温、干旱等非生物胁迫以及外源生长素等诱导表达模式。结果表明,玉米BBR-BPC家族共有4个成员,家族基因的结构存在较大的差异,且存在可变剪切,共编码9个蛋白。定位分析发现,BBR-BPC1.1和BBR-BPC4定位在细胞核,其余除定位在细胞核,叶绿体中也有分布。BBR-BPC启动子区存在多种逆境胁迫、植物激素、组织部位特异表达、光响应等顺式作用元件。BBR-BPC成员在玉米不同材料、不同组织部位中的表达水平差异较大且受热、干旱等胁迫调控。在B73和Mo17材料中,BBR-BPC受热胁迫诱导表达,与qRT-PCR验证结果一致。研究结果表明,ZmBBR-BPC基因家族不同成员会在特定部位激活或者抑制相关基因表达,响应非生物胁迫。     

普通小麦DREB基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

DREB基因家族在调控植物生长发育和响应多种逆境胁迫中起着至关重要的作用。为了全面分析小麦中DREB基因家族成员的特性,为小麦DREB家族基因的发掘和利用提供参考,本研究采用生物信息学方法进行了全面的全基因组范围搜索,共获得了204个TaDREB基因。利用系统发育分析将其分为6个亚组,并进一步进行了染色体定位、基因结构和保守蛋白基序以及基因复制事件分析,系统研究了这些TaDREB基因的进化特征。此外,基于同源性分析的方法,构建了小麦DREB基因与其他基因之间的调控网络,鉴定到13个参与网络调控的TaDREB基因,并确定了179对互作关系。通过分析现有的RNA-seq数据,研究了TaDREB在不同组织和不同逆境胁迫下的表达情况,并鉴定到11个组织特异表达和多个响应逆境的基因。最后选取5个TaDREB基因,通过qRT-PCR技术验证了它们在热胁迫条件下的表达,结果证实这些基因均能对热胁迫产生响应。     

大豆CML家族基因的生物信息学分析

CMLs蛋白是一类具有Ca2+结合的EF-hand保守结构域蛋白,广泛参与钙依赖的信号传导途径,在植物生长发育及生物胁迫与非生物胁迫响应中起着重要的作用。通过NCBI和植物基因组注释数据库等筛选并获得了68个大豆GmCML蛋白;分析了所有蛋白的基本特性;通过与拟南芥CMLs基因的进化树分析表明,GmCML家族基因属于8个亚类;对GmCML家族基因进行了染色体定位与重复基因进化关系分析,发现其具有较高的进化速率;序列比对发现GmCML类蛋白含有2~4个保守的EF-hand结构域;利用芯片数据对野生大豆在碱胁迫下的叶和根中的CMLs基因表达模式进行了分析,得到26个GsCML基因在碱胁迫下有显著的差异表达,且在根和叶中的差异表达模式不同,表明这些基因参与植物碱胁迫应答,且具组织表达特异性。     

玉米CBL基因的生物信息学分析

利用生物信息学方法从玉米的基因组中鉴定出10个CBL基因,并对这些基因的染色体分布、进化、蛋白基序、顺式反应元件进行了系统分析。结果表明,玉米的CBL基因分为3个不同的进化类群,在基因组中的分布是不均匀的,而且都含有响应逆境信号的不同顺式反应元件。玉米CBL基因预测编码的蛋白都含有3个EF-手型结构,而且被预测定位在不同的细胞组分中。说明它们可能参与玉米的逆境响应过程,而且在功能上各不相同。     

大豆JAZ基因家族的鉴定及其对疫霉胁迫的响应

JAZ(Jasmonate ZIM-domain)蛋白是茉莉酸信号途径中重要的负调控因子,对植物的防御反应具有重要意义。然而,鲜有关于大豆JAZ基因的报道,为了揭示大豆中JAZ基因家族的特征和潜在功能,本研究利用生物信息学方法从大豆基因组中鉴定到24个JAZ基因,分别命名为GmJAZ1～GmJAZ24,并对这24个基因进行基因结构分析、保守基序分析、系统进化树构建、染色体定位、启动子顺式作用元件分析以及大豆疫霉菌胁迫下的响应分析。结果表明:(1)24个GmJAZs基因不均匀的分布在大豆的14条染色体上,其中9号染色体上分布的数目最多,为4个;(2)大豆、拟南芥和水稻的JAZ基因家族可分成5个亚组(C1～C5),其中大豆与拟南芥的JAZ基因亲缘关系最近;(3)该家族成员大多含有响应茉莉酸和脱落酸等激素的顺式作用元件,少数含有响应逆境胁迫的顺式作用元件;(4)大豆疫霉菌处理后,C4亚组成员显著上调表达,C1亚组成员微弱上调,而C2、C3和C5亚组成员下调表达,表明大豆JAZ基因家族成员对大豆疫霉菌的胁迫具有不同的响应模式。     

茶树CsLOG基因家族的鉴定和表达模式分析

LONELY GUY(LOG)酶是植物激素细胞分裂素(CK)激活酶,是植物芽和根尖分生组织活性的重要调节剂.本研究基于茶树全基因组数据,鉴定出13个LOG基因,对其基因结构、保守基序和系统发育进化等生物信息进行分析,结果表明:13个茶树CsLOG基因在茶树染色体上分布不均;根据进化关系将茶树LOG基因分两个亚家族(G1,G2);启动子顺式作用元件分析与多种激素及非生物响应相关.表达模式分析显示:LOG基因主要在芽、叶和花中表达,不同胁迫处理下表达具有差异,说明CsLOG基因广泛参与茶树生长发育和非生物胁迫响应,本研究为进一步探究CsLOG基因提供参考.     

盐胁迫下玉米WRKY转录因子生信及表达分析

WRKY是一类在逆境胁迫响应中起重要调控作用的转录因子。基于盐胁迫下的玉米转录组数据,确定了16个差异表达的WRKY基因家族成员。利用生物信息学方法对各成员理化性质、染色体分布、蛋白保守结构域、系统进化、顺式作用元件及盐胁迫下的相对表达量进行分析验证。结果表明,16个差异表达的WRKY基因家族成员主要分布在玉米的7条染色体上,各成员之间理化性质存在差异。qRT-PCR 验证结果表明,不同基因家族成员对盐胁迫的敏感程度不同,对胁迫处理时间的响应也有所不同。ZmWRKY106、ZmWRKY108、ZmWRKY91、ZmWRKY27在盐胁迫后24 h内均未参与表达,经盐胁迫处理6 h后ZmWRKY63表达量达到最高。各家族成员对盐胁迫的响应及敏感程度不同,可能与各成员间理化性质和结构的差异以及所含的顺式作用元件、内含子和motif类型有关。     

玉米转录因子Zmhdz6的表达模式分析及互作功能蛋白预测

利用RT-PCR方法从玉米基因组中克隆到GRMZM2G056600(Zmhdz6)转录因子的cDNA序列长786 bp,编码261个氨基酸,分子质量为28.46 kD。二级结构显示,编码的蛋白主要以α-螺旋和不规则卷曲为主。亚细胞定位预测显示,Zmhdz6蛋白定位于细胞核。进化树和motifs分析发现,Zmhdz6基因属于HD-Zip-I家族成员且与高粱同源达到99%,单子叶植物亚群含有7个重要的motifs。Zmhdz6蛋白互作预测,发现互作的基因主要参与逆境胁迫、信号传导和植物生长发育过程。荧光定量结果显示,Zmhdz6基因在雌穗和雄穗中高度表达,NaCl、PEG胁迫和外源ABA诱导时均上调表达。结果说明Zmhdz6基因可能参与玉米逆境胁迫的应答和信号传导路径。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

玉米泛素活化酶基因家族鉴定及表达模式分析

通过生物信息学分析,从B73玉米全基因组中鉴定出4个泛素活化酶基因,分别命名为Zm UBA1~Zm UBA4。4个Zm UBA基因编码氨基酸数目在1 030~1 056 aa,编码蛋白分子量在114.63~117.39 k D,等电点在5.18~5.80,且均含有5个内含子。蛋白二级结构预测,4个基因编码的蛋白主要以α–螺旋和不规则卷曲为主,亚细胞定位预测4个基因均定位于细胞核中。荧光定量PCR结果表明,Zm UBA1基因在根、茎、叶、雄穗和雌穗中呈现组成性表达,Zm UBA2和Zm UBA4基因在雄穗表达量最高,Zm UBA3在叶片表达量最高,呈现组织特异性表达。Zm UBA3在盐和低温胁迫上调表达,Zm UBA4在盐胁迫时下调表达,说明Zm UBA3基因可能参与玉米低温和盐胁迫的应答,Zm UBA4可能参与玉米盐胁迫应答。     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

玉米生长调节因子(GRF)家族的全基因组鉴定及在非生物胁迫下的表达研究

以拟南芥作为种子序列进行Blastp序列比对,共鉴定15个ZmGRFs基因,对其理化性质、系统进化关系等在非生物胁迫下的表达进行分析。根据系统发育树分析表明,ZmGRFs基因与单子叶植物水稻亲缘关系较近,15个ZmGRFs基因分别定位在1、2、4、5、6、7、9、10号染色体上且各个基因之间高度同源,每个亚族之间基因结构及保守基序均相对保守。ZmGRFs蛋白二级结构均以α-螺旋和无规卷曲为主。根据磷酸化位点预测分析表明,除ZmGRF6和ZmGRF9不含酪氨酸外,其他ZmGRFs蛋白均含有潜在的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸位点且各蛋白之间的潜在的磷酸化位点数目差异较大。根据转录组数据分析表明,ZmGRF4和ZmGRF13基因在NaHCO3上调表达,同时发现热、盐和干旱胁迫下ZmGRF4和ZmGRF13基因表达较高,冷胁迫下ZmGRF1/3/4/15基因表达较高。根据不同组织部位表达谱分析显示,ZmGRF4和ZmGRF13在各个部位表达均较高。     

青贮玉米中性洗涤纤维含量全基因组关联分析

中性洗涤纤维(NDF)是衡量青贮玉米纤维质量重要指标之一.以341份玉米自交系为材料,于2018年在沈阳和通辽种植并收获,对其秸秆NDF含量测定.利用全基因组重测序获得高质量的6 276 612个SNPs用于全基因组关联分析,结果表明,在所有染色体上共检测到69个显著SNPs位点(P＜1.0x10-6),在显著水平P＜...     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。