麻疯树PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

PIN基因家族是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件。本研究利用功能已知的拟南芥PIN蛋白家族为参考序列,在麻疯树全基因组数据中共鉴定出9条PIN基因,并针对9条JcPIN基因开展系统的生物信息学研究,开展进化树构建和基序分析以及基因表达研究和密码子偏好性解析。结果发现:9条麻疯树PIN蛋白多属于由碱性氨基酸组成的稳定蛋白,均为位于细胞质膜上的非分泌蛋白;蛋白家族含有保守的N末端结构域,二级结构与拟南芥PIN蛋白相似;进化结果表明麻疯树PIN基因与毛果杨PIN基因家族关系最近;表达分析发现了4个可信度较高的麻疯树PIN基因,密码子偏好性分析确定了13个高频密码子,揭示了异源表达JcPIN时需要改造的密码子。研究结果可为将来开展麻疯树PIN基因家族的功能研究奠定重要基础,也为麻疯树其他基因家族和其他拥有大量数据的植物基因家族研究提供参考。     

芜菁PIN基因家族的鉴定与生物信息学分析

芜菁(Brassica campestris L. ssp. rapifera Matag syn. B. rapa L.)是十字花科芸薹属园艺作物,其下胚轴和主根膨大形成肉质直根。PIN (Pin-formed)是一种植物特异性蛋白,作为生长素的输出载体,介导生长素的极性运输形成生长素不对称分布,从而在植物生长发育过程中起重要作用,然而目前在芜菁中还缺乏对PIN蛋白的系统研究。本研究基于芜菁及其他植物基因组,结合芜菁和普通白菜下胚轴不同发育时期转录组数据,通过生物信息学方法,对芜菁PIN基因家族进行了鉴定,并进行了蛋白结构及基因结构分析、系统发育分析、共线性分析和表达分析。结果表明,芜菁中共有13个BcPIN,数量多于拟南芥和甜菜,但略少于萝卜、胡萝卜和水稻;不同物种间同种类PIN基因数量存在差异;芜菁PIN家族与拟南芥、萝卜PIN家族基因进化关系较近,与水稻PIN家族基因关系较远,分布在4条染色体上,包括7个共线性基因对;BcPINs启动子含有多种顺式作用元件,受多种信号调控,但不同BcPINs的顺式元件种类存在差异;BcPINs的氨基酸个数在270～661之间,分子量在29.81...     

甘蓝型油菜BnAPX1基因的克隆与生物信息学分析

抗坏血酸过氧化物酶(APX)是一种利用抗坏血酸作为电子供体的H₂O₂清除剂,在植物抵御逆境胁迫中起到重要作用。为进一步探究甘蓝型油菜APX1基因的功能,本研究通过RT-PCR法从甘蓝型油菜中克隆得到一条长度为753 bp的APX1 CDS序列,将其命名为BnAPX1。生物信息学分析表明,BnAPX1基因共编码250个氨基酸,相对分子量为27.546 14 kD,等电点为5.49,不稳定系数为36.73,属于稳定性蛋白;该蛋白的二级结构中无规则卷曲为42.00%,α-螺旋为39.20%,延伸链为10.40%,β-转角为8.40%;亚细胞定位预测结果显示该基因编码的蛋白位于过氧化物酶体中,其编码的蛋白没有跨膜结构,没有信号肽,属于非分泌蛋白。BnAPX1蛋白含有K+binding site、Substrate binding site、Heme binding site结合位点,属于植物过氧化物酶类似家族。     

甘蓝型油菜GPDH基因克隆及其生物信息学分析

为了进一步研究甘蓝型油菜GPDH基因,通过从拟南芥GPDH基因与甘蓝型油菜的共线性分析发现:拟南芥GPDH基因(At2g41540)在甘蓝型油菜A基因组和C基因组中有4个拷贝,分别为:GSBRNA2T00132785001、GSBRNA2T00024258001、GSBRNA2T00058395001、GSBRNA2T00019118001。从Gen Bank分别下载了它们的DNA序列和c DNA序列,c DNA序列依次命名为GPDH1、GPDH2、GPDH3、GPDH4。根据序列信息设计了4对不同的引物,从甘蓝型油菜湘油15号c DNA全长序列中扩增出了4条片段,分别命名为Bn GPDH1、Bn GPDH2、Bn GPDH3、Bn GPDH4。利用生物信息学软件和在线系统进行核苷酸序列分析和蛋白进化分析。结果显示:4条片段大小依次为1 395,1 395,1 389,1 536 bp。其中,Bn GPDH4翻译成氨基酸时序列中间出现终止密码子,不能合成有效蛋白。3个Bn GPDH蛋白的氨基酸数目为464,464和462个,理论分子量为51.584 4~51.829 7 k Da,二级结构α螺旋和无规则卷曲所占比例在42%左右,其次是延伸链所占比例约为15%。三者的跨膜结构总体来说是相同的。3个蛋白都由保守结构Gps A、NADB_Rossmann superfamily和NAD_Gly3P_dh_C superfamily组成,属于GPDH超基因家族。同源建模分析表明3个蛋白均能适用甘油3磷酸脱氢酶(Glycerol-3-phosphate dehydrogenase,GPDH)模型。对其进行亚细胞定位预测在细胞质膜的概率为79.0%。从序列分析、核苷酸聚类、理化性质预测、二级、三级结构预测、亚细胞定位预测、氨基酸聚类分析得出结论,它们具有GPDH基因家族的特征,为甘蓝型油菜GPDH基因家族中的成员。     

甘蓝型油菜铵转运蛋白基因家族成员的鉴定与表达分析

了解异源四倍体甘蓝型油菜中AMT基因家族的功能,为进一步克隆和利用基因改良甘蓝型油菜的氮素利用效率和铵毒抗性提供一定的理论基础。利用生物信息学的方法鉴定出20个BnaAMTs基因,其中14个为AMT1亚家族成员,6个为AMT2亚家族成员,它们不均匀地分布在油菜的12条染色体上。进化与保守基序分析结果表明,BnaAMTs蛋白亚家族内的蛋白质序列保守性较高,但亚家族之间的差异较大。BnaAMTs基因在油菜不同组织中的表达谱显示,该基因家族表达具有组织特异性。利用转录组测序结果分析发现,根部在供应高浓度的铵态氮和硝态氮时,BnaA7.AMT1;3表达量最高;在硝态氮缺乏条件下,BnaA5.AMT1;1表达量最高;在上述几种处理下,BnaC6.AMT1;1都是地上部表达量最高的拷贝。在缺硼或缺磷条件下,油菜BnaAMTs基因整体呈现表达上升的趋势;但在盐胁迫条件下,表达量下降;镉胁迫对BnaAMTs基因的表达影响较小。这些基因可能在铵态氮与其他必需营养元素的互作、镉胁迫、盐胁迫等逆境响应中发挥一定的作用;并为进一步深入解析甘蓝型油菜AMT家族基因的分子功能奠定了基础。     

甘蓝型油菜SGR基因家族的全基因组鉴定与功能分析

叶绿素是植物进行光合作用的一类绿色色素,对植物生长有着直接的影响。本研究利用生物信息学方法在全基因组水平上对甘蓝型油菜(Brassica napus)、白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中滞绿基因(STAY-GREEN,SGR)家族成员进行分析发现,28个SGR基因大多数包含4个外显子,编码碱性蛋白。染色体定位和共线性分析显示,甘蓝型油菜SGR基因家族成员中不存在串联复制,SGR基因家族成员之间具有线性关系,高度同源,且在进化过程中非常保守。此外,利用60K SNP对203份半冬性甘蓝型油菜自交系的叶绿素含量进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS),检测到2个单体型区域Chr.A01:6,193,165～6,317,757 bp和Chr.C01:9,059,861～9,906,618 bp携带的Bna SGR1a-A01和Bna SGR1-C01与叶绿素含量显著相关。同时,结合50份半冬性甘蓝型油菜重测序数据,对这2个单体型进行进区域关联分...     

甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因的鉴定及功能性研究

液泡是调控植物细胞分化、生长发育的重要部位,AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因调控植物液泡内外离子平衡、离子运输以及能量供应。本研究利用功能已知的拟南芥AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因为参考序列在甘蓝型油菜全基因组数据库、NCBI植物基因组注释数据库等鉴定并筛选出9个BnaAVP1、3个BnaVHA-a2和4个BnaVHA-a3,并分析基因拷贝数变异、分子特征、跨膜结构域、保守基序、染色体定位、系统进化树构建、蛋白二级结构及三维结构预测、高通量转录组测序等。发现甘蓝型油菜BnaAVP1和BnaVHA-a3的基因数量明显多于甘蓝和白菜;甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3蛋白属于由酸性氨基酸组成的稳定蛋白;系统进化选择能力的分析表明,甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3家族基因与甘蓝、白菜关系相近。转录组测序表明,低氮处理后,BnaAVP1s基因主要在地上部表达,且低氮3h后地上部表达下调,低氮处理72h根中表达量上调;BnaVHA-a2s和BnaVHA-a3s基因在地上部和根中均有表达,BnaVHA-a2s在低氮处理72h后表达量基本呈上调趋势,BnaVHA-a3s在低氮3h后基本呈下调趋势。低磷处理后,BnaAVP1s根中大部分基因表达上调,地上部表达基本无差异;BnaVHA-a2s表达基本无差异;BnaVHA-a3s地上部和根中均基本为上调趋势。该结果为进一步研究甘蓝型油菜AVP1、VHA-a2和VHA-a3基因生物学功能及AVP1、VHA-a2和VHA-a3蛋白水解ATP提供能量供植物代谢的分子机制奠定基础,为已知大量数据的其他物种家族基因生物信息学研究提供参考。     

甘蓝型油菜CBF基因家族的鉴定和表达分析

低温是影响植物生长发育的重要环境胁迫因子,ICE1(inducer of CBF expression1)-CBF(C-repeat(CRT)-binding factors)-COR(cold responsive)在植物响应低温胁迫的信号途径中具有重要作用。为探究CBF(C-repeat-binding factors)基因在甘蓝型油菜(Brassica napus L.)中的进化以及在低温胁迫应答反应中的功能,本研究以4个拟南芥CBF基因为基础序列,鉴定出11个甘蓝型油菜、6个白菜和5个甘蓝CBF基因,并对它们的分子特性、蛋白保守结构域和系统进化树、基因结构及基因染色体分布、甘蓝型油菜CBF基因组织表达模式以及不同逆境和激素处理下的表达模式进行系统的比较分析。结果表明,在11个甘蓝型油菜CBF基因中,可分为亚组Ⅰ(CBF1/2/3)和亚组Ⅱ (CBF4) 2个亚组。转录组测序结果表明,所有甘蓝型油菜CBF基因受低温诱导表达,其中亚组Ib的4个基因对冷胁迫响应迅速且持续时间长,亚组Ⅱ中2个基因对冷胁迫响应表达较弱,但它们在根中表达量明显高于叶片,并且参与盐胁迫和渗透胁迫响应;甘蓝型...     

甘蓝型油菜细胞质雄性不育性的基因分析

通过对３８４Ａ、２１７Ａ两个甘蓝型双低油菜细胞质不育系及其保持系、恢复系、杂种Ｆ１、Ｆ２及ａＢＣ１（不育系×杂种Ｆ１）、ｂＢＣ１（杂种Ｆ１×保持系）等群体中植株的育性观察和分析，初步查明３８４Ａ、２１７Ａ均属孢子体不育。雄性不育性是由细胞质中的不育基因和细胞核中的隐性基因相互作用的结果。３８４Ａ具有一对隐性不育核基因，２１７Ａ具有两对隐性不育核基因，且３８４Ａ的一对隐性核不育基因与２１７Ａ的任何一对隐性不育核基因不存在等位关系。３８４Ａ的基因型为Ｓ（ｒ１ｒ１），２１７Ａ的基因型为Ｓ（ｒ２ｒ２ｒ３ｒ３）。     

甘蓝型油菜防御素基因的克隆与生物信息学分析

为了研究甘蓝型油菜防御素基因的结构和功能,根据白菜防御素基因序列设计引物,采用RT-PCR方法从甘蓝型油菜中克隆到4个防御素基因,并对其序列进行了生物信息学分析。结果表明,甘蓝型油菜防御素基因cDNA全长325~335 bp,包含231~243 bp的开放阅读框,编码76~80个氨基酸;防御素基因在长期进化过程中产生了显著的差异,但防御素含有的8个保守半胱氨酸残基均稳定存在;Bndef1、Bndef2、Bndef3与萝卜Rs-AFP1、诸葛菜Omdef亲缘关系较近,Bndef4与豇豆Vudef亲缘关系较近;4个防御素蛋白均为稳定蛋白,具有信号肽结构,可能为分泌蛋白。     

甘蓝型油菜SLG基因片段的克隆及序列分析

通过不同甘蓝型油菜中SLG基因的克隆及序列分析, 探索了甘蓝型油菜中是否存在与芸薹属二倍体中相同或相似的S-locus基因。对10个甘蓝型油菜品种和品系中SLG基因的PCR扩增和序列比较分析发现, 这些甘蓝型油菜中都存在第2类的SLG基因, 而且, 同二倍体芸薹属物种一样, 第2类SLG基因之间具有较高的同源性; 只有5个甘蓝型油菜品种和品系中存在第一类SLG基因, 而且这些基因序列之间表现出高度的保守性, 即同源性在96%以上, 明显高于不同等位基因之间的同源性。这些甘蓝型油菜中的class I SLG基因可能源于同一个自交不亲和单体。     

油菜超氧化物歧化酶基因家族生物信息学分析

超氧化物歧化酶(SOD)是重要的抗氧酶,在生物体内广泛存在。以油菜基因数据库为搜索平台,通过对油菜超氧化物歧化酶基因家族进行生物信息学分析。结果表明:油菜SOD基因家族主要含有32个基因,蛋白质的氨基酸序列长度86 aa^386 aa之间。BanSODs基因具有相对保守的结构,即包含SOD DNA结构域;HMA DNA结构域;Mn/N DNA结构域;Mn/C DNA结构域,SOD蛋白结构中含有7个α螺旋和4个β折叠结构域。进化树分析表明油菜SOD蛋白序列与谷子、小立碗藓蛋白序列具有相对较高的同源性。该研究结果可以为进一步了解油菜SOD基因家族和玉米抗氧化机制提供一定参考。     

甘蓝型油菜MAPK7基因家族及其启动子的克隆与表达分析

从甘蓝型油菜中克隆了MAPK7基因家族3个成员BnMAPK7-1、BnMAPK7-2和BnMAPK7-3的全长cDNA序列,它们最长标准mRNA分别为1593、1434和1547 bp。系统进化分析表明,甘蓝型油菜MAPK7基因全部来自白菜,而且BnMAPK7-1/-2的是由白菜Bra03723祖先基因加倍产生的,而BnMAPK7-3则由白菜中Bra037234的祖先基因进化形成的。同时,克隆获得BnMAPK7-1/-2的启动子序列,该启动子里含有多个与光诱导相关的元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。实时荧光定量PCR (qRT-PCR)显示甘蓝型油菜MAPK7基因家族在所有的组织器官中均表达,并发现该基因家族的表达受植物激素(MeJA、ABA、SA)、信号分子(H₂O₂)、逆境(高温)以及伤害(损伤和核盘菌)的诱导,初步证明甘蓝型油菜MAPK7基因在植物逆境胁迫应答中起一定作用。实现了甘蓝型油菜MAPK7-1/-3基因的原核表达,并证明它们编码的蛋白主要以包涵体形式存在,为后续的研究提供了基础。     

甘蓝型油菜oleosin基因片段的克隆及序列分析

以油菜（Brassica napus）基因组DNA为模板,通过设计一对特异性引物,利用多聚酶链式反应（PCR）扩增获得oleosin基因片段。将其克隆到E.coli质粒上进行序列分析。结果表明,该基因由878个碱基组成,含一个内含子,编码193个氨基酸。不计附加的18 bp凝血酶切割序列,与已报道的序列相比较,核苷酸序列及推导出的氨基酸序列的同源性分别为79.20%和91.21%。推测的氨基酸序列构成的蛋白质具有oleosin的基本结构特点,包含3个结构区域：两性N末端区（an amphipathic N-terminal region）,中心疏水区（a central hydrophobic domain）,两性C-末端区（an amphipathic C-terminal domain）。     

草莓SBP基因家族生物信息学初步分析

为了研究草莓SBP基因家族的功能,利用多种生物信息学软件,对SBP蛋白序列的系统发生和基因组定位进行分析,对其氨基酸组成成分、理化性质以及二、三级结构进行分析和预测等。结果表明草莓16条SBP蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起分成了3个亚族,说明拟南芥与草莓SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位发现16个SBP基因分布在6条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异,而它们的二级结构主要以随机卷曲为主,三级结构相似。SBP基因家族在植物的生长、发育等多个方面起重要作用,本实验结果为草莓SBP基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。     

甘蓝型油菜基因组文库的构建及与硼高效基因相连锁克隆的筛选

以甘蓝型油菜宁RS-1为材料,构建了含有82944个克隆的甘蓝型油菜的BAC基因组文库.从文库中随机挑取克隆进行DNA长度检测,BAC克隆平均插入片段大小为80 kb,覆盖甘蓝型油菜基因组的5.1倍.随机挑取108克隆进行继代培养100代,分离质粒酶切检测表明不存在插入片段丢失现象,表明该文库的克隆在大肠杆菌中稳定存在;以与硼高效基因相连     

Identification and Genetic Studies of the Inhibition of Dominant Male Sterility in Brassica napus

By transferring dominant male sterility (DMS), caused by the gene Ms, to genotypes with various types of cytoplasm 12 DMS lines were developed and a number of crosses made between the DMS lines and other genotypes of Brassica napus. During the course of this population improvement programme, 16 genotypes were identified as having the capacity to restore the fertility of F₁ plants with the Ms gene. According to pedigree analysis, the inhibitory gene in those lines probably originated from a few genotypes from Australia and Germany. In further studies the inheritance of the sterility inhibition was determined, providing definite evidence that dominant male sterility and its inhibition in B. napus are controlled by two dominant interacting genes rather than by multiple alleles.