辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70%CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、...     

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。     

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。     

茶树ZF-HD转录因子基因家族的鉴定及表达分析

【目的】搜索鉴定茶树ZF-HD（Zinc finger homeodomain）转录因子基因家族成员,并对其进行生物信息学分析及在不同组织及非生物胁迫和激素处理下的表达模式,为茶树ZF-HD基因家族的功能研究及茶树遗传性状改良提供理论依据。【方法】通过隐马尔可夫模型预测和序列比对从茶树基因组中筛选鉴定出茶树ZF-HD基因家族成员,利用在线生物信息学分析软件对其基因结构、启动子元件,以及编码蛋白的理化性质、氨基酸序列、结构特征、进化关系等进行预测分析,并基于转录组测序（RNA-Seq）数据分析其在不同组织及在干旱胁迫、盐胁迫和茉莉酸甲酯（MeJA）处理下的表达模式。【结果】从茶树基因组中鉴定出17个ZF-HD基因家族成员（CsZHD1~CsZHD17）,其编码区（CDS）序列长度为369~2187 bp,编码122~728个氨基酸残基,蛋白分子量13.51~80.42 kD,理论等电点为6.09~9.19,均属于亲水性不稳定蛋白,蛋白二级结构均由β-转角、延伸链、α-螺旋和无规则卷曲构成。除CsZHD2、CsZHD5和CsZHD7蛋白定位于细胞质,CsZHD9蛋白定位于细胞外,其他13个蛋白均定位于细胞核。仅CsZHD2、CsZHD7、CsZHD9、CsZHD10和CsZHD12基因含外显子和内含子,其他12个CsZHDs基因均无内含子。除CsZHD7蛋白具有2个ZF-HD_dimer结构域外,其他16个蛋白均具有1个ZF-HD_dimer结构域。CsZHD1~CsZHD17蛋白具有2~5个保守基序（motif）,其中motif 1和motif 3为共有的保守基序。茶树ZF-HD家族蛋白可分为5个亚族（ZHDⅠ、ZHDⅡ、ZHDⅢ、ZHDⅣ和MIF）,较拟南芥少了ZHDⅤ亚族。除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因在8个组织中不表达或表达量极低外,其他14个CsZHDs基因在8个组织中呈差异性表达;除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因外,其他15个CsZHDs基因在顶芽或花中表达量较高。在干旱胁迫和盐胁迫处理下,除CsZHD1、CsZHD2、CsZHD5、CsZHD12、CsZHD14和CsZHD17基因的表达量始终处于较低水平外,其他CsZHDs基因均呈不同的变化趋势;在MeJA处理下,除CsZHD2、CsZHD5和CsZHD12基因表达量极低外,多数CsZHDs基因呈下调表达的趋势。【结论】从茶树基因组中鉴定出17个ZH-HD基因家族成员,其编码蛋白具有保守的锌指结构域和同源异型盒结构域;茶树与拟南芥ZH-HD基因家族相比缺少ZHDⅤ亚族;CsZHDs基因的表达具有组织特异性,且大多数成员的表达受非生物胁迫和MeJA的影响。     

芹菜TCP基因家族全基因组鉴定、进化分析和表达研究

[目的]鉴定芹菜基因组中TCP转录因子基因家族成员,为开展芹菜TCP基因功能研究及遗传改良提供理论依据.[方法]基于芹菜全基因组数据,对TCP家族成员进行了鉴定,系统分析了该家族成员的理化性质、基因结构、蛋白功能域、染色体分布、系统进化和转录表达丰度等,并采用qRT-PCR验证TCP参与了高温胁迫的应答.[结果]芹菜中...     

谷子WAK基因家族全基因组鉴定及表达分析

细胞壁关联蛋白激酶（Wall-associated kinases,WAKs）是一类独特的类受体蛋白激酶（Receptor like ki?nases,RLKs）,在寄主植物抗病反应中起着关键作用。为分析谷子WAK基因家族的特征及潜在功能,基于已研究发表的拟南芥、水稻WAK蛋白序列,通过同源序列比对的方法对xiaomi全基因组进行WAK基因家族鉴定,借助TBtools、MEGA等软件对谷子WAK基因理化性质、基因定位、系统进化、保守结构域、顺式作用元件进行分析。结果表明,共鉴定到谷子WAK家族成员41个,在谷子1～9号染色体上均有分布,编码590～1 131个氨基酸;蛋白质分子质量为65.62～123.36 ku,等电点为5.18～8.49;Si3g36660、Si7g23280、Si8g19780的蛋白表现为疏水性,其他蛋白均为亲水性;亚细胞定位预测结果显示,28个基因定位于质膜,6个基因定位于叶绿体,其他基因分别定位于高尔基体、液泡、内质网、细胞外基质。系统发育分析结果显示,谷子、拟南芥和水稻的WAK基因家族可分为5类,其中,Si1g24650与Os01g26174、Si1g123...     

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。     

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     

大豆SBP基因家族的序列特征、表达及进化分析

SBP基因家族是植物所特有的一类重要转录因子,由多个成员组成,主要参与植物生长、发育以及多种生理生化过程.试验在大豆基因组中鉴定49个SBP基因,被命名为GmSBP1~49.基于生物信息学手段,对大豆该基因家族49个成员的基因结构、染色体定位、蛋白保守序列、亚细胞定位、表达情况及进化关系进行分析.序列分析表明,SBP基因家族成员分散于不同染色体上,不同基因具有不同个数的外显子,其数目变异范围为1~14;该家族蛋白含有5个保守基序,尽管与SBP结构域有所重叠,但它们能形成6种不同的组织模式,这说明该基因家族序列变异较为复杂.表达分析结果显示,除GmSBP2和GmSBP11等6个基因没有相应的EST外,其余基因都有转录活性;在具有转录活性的基因中,只有GmSBP46显示出组成型表达模式,剩余基因表现出不同程度的组织特异性表达模式.拟南芥、水稻和大豆SBP蛋白的进化树揭示该家族具有8个类群,其中E类群只包括大豆SBP基因,其他类群中大豆SBP基因数目也是最多,这充分说明大豆SBP基因家族起源与进化的复杂性.研究为大豆SBP基因功能研究提供线索     

大豆HMGR基因家族的鉴定与表达分析

[目的]3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是大豆皂苷合成途径的关键酶之一。从全基因组水平鉴定大豆HMGR基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用大豆HMGR基因家族生物学功能奠定基础。[方法]根据Pfam数据库中HMGR基因的保守结构域(编号PF00368),利用HMMER3.0、PFAM和SMART软件鉴定大豆基因组中的HMGR基因。采用ProtParam等软件对其基因和蛋白序列进行生物信息学分析。利用qRT-PCR方法分析GmHMGR基因在苗期根、茎、叶等不同组织中和籽粒不同发育时期的表达情况。[结果]大豆基因组中鉴定得到8个GmHMGR基因,分布于8条染色体上,编码80～608个氨基酸,相对分子质量介于8.23～64.96kD,理论等电点变化为4.89～8.24,二级结构中α螺旋和无规则卷曲所占比重较大,具有保守的基因结构和蛋白功能域。qRT-PCR分析表明,相比于其它GmHMGR基因,GmHMGR6在苗期根、茎、叶中高度表达,籽粒发育过程中GmHMGR3基因在开花后40d表达水平最高,开花后70d大豆的成熟籽粒中GmHMGR6的表达丰度最高。[结论]大豆基因组中含有8个HMGR基因,具有保守的功能结构域和基因结构。GmHMGR基因家族在苗期根、茎、叶及不同发育时期籽粒中具有多样化的组织表达模式和时空表达特征。     

栽培大豆GRAS转录因子家族基因鉴定及其盐胁迫下表达模式分析

利用生物信息学手段及转录组测序方法对大豆78个GRAS家族基因进行系统分析.染色体定位结果表明78个GRAS基因不均匀地分布在20条染色体上.通过系统进化分析将大豆GRAS家族分为11个亚族.基因结构和保守基序分布分析结果表明GRAS家族成员在进化上具有保守性,尤其是进化关系较近的成员多具有类似的基因结构和蛋白质结构....     

cry2Aa9m抗虫基因植物表达载体构建及对大豆的遗传转化

cry2Aa9m基因编码的杀虫晶体蛋白(ICPs)对鳞翅目(Lepidoptera)和双翅目(Dipter)昆虫具有显著的毒杀作用,可防治大豆食心虫等害虫。试验构建了由豆荚特异性启动子Pmsg调控的cry2Aa9m基因的植物表达载体pCMB2A,以抗除草剂bar基因为筛选标记,通过农杆菌介导法对绥农28大豆子叶节进行遗传转化,获得抗性株系8株。经PCR和RT-PCR检测结果证明,cry2Aa9m基因已经整合到大豆基因组中并得以表达。研究为抗大豆食心虫转基因育种产业化奠定基础。     

野生大豆和栽培大豆的根尖细胞核型与进化

对野生大豆和栽培大豆根尖细胞核型的研究结果表明，二者的染色体数目均为２ｎ＝４０，但在核型上有差异，并有从野生大豆的较对称核型向栽培大豆的不对称核型过渡的趋势；从二者的核型推出试验中各大豆材料的进化程度由低到高排列顺序为：野１０５２、野１０５５、野１０５７＜野１０５８＜野１０６０＜苏８５－６，这一结果与根据种子性状得出的进化顺序相一致     

QTL Mapping of Isoflavone,Oil and Protein Contents in Soybean （Glycine max L. Merr.）

Soybean （Glycine max L. Merr.） is the world＇s foremost source of edible plant oil and proteins, meantime, the biologically active secondary metabolites such as saponins and isoflavones are benefit to human health. The objective of this study was to identify quantitative trait loci （QTL） and epistatic interactions associated with isoflavone, protein, and oil contents in soybean seeds. An F13 recombinant inbred line （RIL） comprising 474 lines was derived from a cross between Jindou 23 and Huibuzhi cultivars. SSR technique was employed for mapping of the QTLs. The QTLs for isoflavone, protein, and oil contents were analyzed and 23 QTLs were detected based on the constructed linkage map. Six QTLs for isoflavone content were localized in linkage groups J, N, D2, and G, eleven QTLs for oil content were localized in the linkage groups A1, A2, B2, C2, and D2, and six QTLs for protein content were localized in linkage groups B2, C2, G, and H1. The correlative analysis demonstrated that the isoflavone content had significant correlation with protein content, while significantly negative correlations was existed between oil and protein content, and significantly positive correlations was existed between protein and oil content. All these findings have laid an important basis for the marker assisted breeding in soybean. The phenotypic correlations of quantitative traits may be resulted from the correlation of the QTL controlling those traits.     

Identification of QTLs Associated with Total Soyasaponin Content in Soybean (Glycine max (L.) Merr.)

Soyasaponins are valuable compounds in certain drugs, industry, food additives and surfactants. Selecting cultivars with higher-soyasaponin content along with agronomic traits is a main goal for many soybean breeders. The aim of the present study was to identify the quantitative trait loci (QTLs) associated with total soyasaponin content through a F₂ population, which was derived from a cross between Ha 91016 (higher soyasaponin content cultivar, 16.8 mg g⁻¹) and N98-9445A (lower soyasaponin content, only 5.7 mg g⁻¹). A genetic linkage map including a total of 162 simple sequence repeat markers was constructed, which covered the total length 2 735.5 cM, and the average distance between markers was 16.96 cM. Two QTLs associated with total soyasaponin content were identified. One, qSAP_1 (located in sat_044-satt102 of linkage group (LG) K), could explain 12.6% of phenotypic variance. The other, qSAP_2, was located between satt368 and sat_413 of LG D1a, which could explain 15.8% of phenotypic variance. It was concluded that the two QTLs would have some potential value for marker-assisted selection for high-soyasaponin content breeding in soybeans.     

GmDRR1, a dirigent protein resistant to Phytophthora sojae in Glycine max (L.) Merr.

Soil-borne pathogen Phytophthora sojae is an oomycete that causes devastating damage to soybean yield. To mine original resistant genes in soybean is an effective and environmentally-friend approach controlling the disease. In this study, soybean proteins were extracted from the first trifoliolates infected by predominant P. sojae race 1 and analyzed by two-dimensional gel electrophoresis. Nineteen differently-expressed protein spots were detected, and 10 of them were further applied for Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight Mass Spectrometry Assay. One protein containing a dirigent (DIR) domain was identified and belonged to the DIR-b/d family. Therefore, it was named as GmDRR1 (Glycine maxDisease Resistance Response 1). Then, GmDRR1 gene was pathologically confirmed to be involved in the resistant to P. sojae in soybean. GmDRR1-GFP (green fluorescent protein) fusion proteins localized in the cell membrane. qRT-PCR results showed GmDRR1 gene expressed differently in P. sojae resistant- and susceptible-soybean cultivars. By the promoter analysis, we found a haplotype H8 was existing in most resistant soybean varieties, while a haplotype H77 was existing in most susceptible soybean varieties. The H77 haplotype had seven SNPs (C to A, G to C, C to A, T to A, T to C, T to C, and T to A) and two single nucleotide insertions. The results supported that the expression difference of GmDRR1 genes between P. sojae resistant- and susceptible-soybean cultivars might depend on the GmDRR1 promoter SNPs. The results suggested that GmDRR1 was a dirigent protein involved in soybean resistant to P. sojae and paved a novel way for investigation of the molecular regulatory mechanism of the defense response to P. sojae in soybean.     

Identification of QTLs Associated with Resistance to Pseudomonas syringae pv.Glycinea in Soybean (Glycine max (L.) Merr)

Soybean bacterial spot disease caused by Pseudomonas syringae pv.Glycinea which is a bacterial disease seriously affects soybean yield.Ten soybean germplasms and recombinant inbred lines (RILs) population were used to identify the resistant trait after inoculated with P.sg (P.sgneau001) in this study.High-density genetic mapping was obtained by specific length amplified fragment sequencing (SLAF-seq) of 149 RILs population which was derived from the crossing between Charleston and Dongnong594.The results indicated that 10 germplasm resources had four resistant germplasms included highly resistant cultivar Charleston,four susceptible varieties included Dongnong594 and two moderately resistant cultivars.Five quantitative trait locus (QTLs) were detected in RILs population by the composite interval mapping (CIM) method,and located on Linkage Group (LG) D1b (chromosome two),LG C2 (chromosome six) and LG H (chromosome 12),respectively.LOD scores ranged from 2.68 to 4.95 and the phenotypic variation percentage was from 6% to 11%.Six candidate genes were detected,according to the result of gene annotation information.Four of them had relationship with protein kinase activity,protein phosphorylation and leucine rich repeat (LRR) transmembrane protein,which had high expression after inoculated with P.sg by qRT-PCR.