玉米COBRA家族成员全基因组鉴定与表达模式分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定的植物特异性蛋白,在初生和次生细胞壁的纤维素生物合成中发挥重要作用。通过生物信息学方法,从玉米基因组中发现了9个COBRA家族基因,并对其基因结构、系统发育和表达模式等进行了分析。结果表明,9个COBRA家族基因都含有CCVS保守结构域,并且均定位于细胞膜上。系统进化分析结果显示,该家族可以分为2个亚族,每个亚族内的基因具有相似的基因结构和理化性质。基因表达分析结果表明,所有COBRA家族成员响应多种非生物胁迫,且当植株受到紫外照射处理时,ZmCOBL1～ZmCOBL3和ZmCOBL7～ZmCOBL9这6个基因均表现出上调应答。     

花生KNOX基因家族的全基因组鉴定及组织表达分析

为研究花生KNOX基因家族在生长发育以及非生物胁迫响应中的功能,本研究采用生物信息学手段在栽培种花生基因组水平上对KNOX基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、基因结构、蛋白质保守结构域、系统进化、启动子顺式作用元件以及组织与逆境下的表达模式进行分析。结果显示：花生基因组中共有26个KNOX基因家族成员,分布在17条染色体上,绝大多数编码酸性蛋白,均为亲水性蛋白,并全部定位于细胞核。系统发育分析可将花生KNOX家族分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,并进一步分为4个亚组。启动子分析发现一些与生长发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用调控元件。全生育期组织表达分析结果显示,ClassⅠ类基因表达组织特异性明显,主要在花、营养茎尖、生殖茎尖、果针等组织中高表达;ClassⅡ类基因时空表达更广泛。在7种非生物胁迫处理下,部分基因表达量变化较大,其中5个基因响应特定胁迫,RT-qPCR验证了2个特异性响应PEG胁迫的基因。本研究为进一步探究花生KNOX基因在生长发育、逆境响应中的功能奠定了基础。     

水稻MYB-MYC基因家族的全基因组鉴定、系统进化和表达模式分析

为了挖掘水稻MYB-MYC基因的功能,通过生物信息学手段对水稻MYB-MYC基因家族进行基因组水平的鉴定,并对其系统进化及表达模式进行分析。本研究在水稻中鉴定到17个MYB-MYC基因,根据系统进化树将它们划分为2个亚家族,不同亚组具有特异的保守基序和基因结构。通过对水稻MYB-MYC基因复制事件的分析发现水稻MYB-MYC基因共产生6个基因复制。此外,转录组数据分析发现水稻MYB-MYC基因在不同组织都存在表达且响应不同非生物胁迫。本试验为水稻MYB-MYC基因功能的研究提供了初步的理论基础。     

桃GRAS家族全基因组鉴定与响应UV-B的表达模式分析

【目的】GRAS基因家族成员在调节植物生长发育中发挥着关键作用。通过生物信息学分析GRAS在桃基因组中的分布、结构及进化,研究家族成员在不同组织中的表达特异性及其对UV-B的响应,解析GRAS基因家族的生物学功能。【方法】对设施油桃‘中油5号’(Prunus persica var. nectarina cv. Zhongyou5)补充适量UV-B(Ultraviolet-B)剂量,利用Plant TFDB数据库鉴定桃GRAS基因家族成员。采用Clustal W、MEGA6.0、ProtParam tool、MCScanX、Circos、SMART、NCBI-CDD、ExPASy、GSDS和MEME等软件构建系统进化树,绘制染色体定位图,预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质等,分析GRAS基因家族成员在不同组织中的表达模式,利用qRT-PCR技术检测桃GRAS在UV-B处理下的表达情况。【结果】从桃全基因组中鉴定出48个GRAS转录因子家族基因,构建系统进化树将这48个成员分为9个亚家族,PpGRAS在桃的8条染色体上呈不均匀分布。对GRAS基因家族进行理化性质分析发现,其蛋白平均长度为590.52 aa,等电点在4.36—7.56。GRAS家族基因结构分析表明,有40个基因不含内含子,8个基因含有1个内含子。保守元件分析显示,GRAS家族包含20个保守元件,其中Motif 2和4在GRAS的家族中高度保守,同一个亚家族成员含有相同的保守元件,其可能具备相似的功能。然而,有些亚家族成员的表达模式不同,这可能与其保守基序之外的序列有关。PpGRAS在不同组织中具有不同的表达模式。叶片中PpGRAS5经UV-B处理后上调表达最显著,而有多达15个基因表达量呈现下调。果实中PpGRAS13经UV-B处理后上调表达,但有9个基因表达下调。韧皮部中,UV-B处理后有14个基因上调表达,而PpGRAS16经处理后在韧皮部中表达下调最明显。【结论】从桃基因组中共鉴定出48个GRAS基因家族成员,分布于8条染色体上;多数PpGRAS能响应UV-B处理,但在不同组织中的表达不尽相同。     

双子叶植物VQ基因家族的全基因组鉴定与盐胁迫下的表达模式分析

VQ基因来自植物特有的VQ基因家族,因其在拟南芥的生长发育及胁迫调控中起关键作用而被广泛关注。目前,关于VQ基因家族在双子叶植物中的研究鲜有报道。利用生物信息学的方法,在全基因组水平上,系统地鉴定了拟南芥、番木瓜、葡萄和杨树4种双子叶模式植物的VQ基因家族成员,并从序列属性、进化机制和盐胁迫下基因表达水平等角度分析了VQ基因在物种内和物种间的特征。VQ基因的研究为进一步筛选具有重要性状的功能基因,同时对于物种的进化机制研究具有重要意义。     

大白菜ACA基因家族的全基因组鉴定与表达分析

【目的】通过对大白菜ACA（Ca²⁺-ATPase）基因家族鉴定与表达分析,研究其家族基因间的共性与特性,为进一步揭示ACA家族进化关系提供数据支撑,为深入解析BraACAs在低温胁迫、盐胁迫以及自交不亲和方面的功能研究奠定基础。【方法】根据已报道的拟南芥ACA基因家族,同源比对出大白菜ACA基因家族,利用在线软件Expasy预测其分子量、理论等电点等理化性质;采用MEGA 5.0软件构建系统进化树;运用在线软件GSDS 2.0绘制基因结构图谱;TBtools对其染色体定位;McscanX软件进行拟南芥与大白菜ACA家族基因共线性分析;利用在线软件PlantCARE预测大白菜ACA基因家族启动子元件;通过在线工具Pfam和MEME进行蛋白保守结构域分析;利用qRT-PCR技术检测BraACAs在不同组织、非生物胁迫和自交异交授粉后的表达量。【结果】大白菜ACA基因家族有18个基因成员,分布在大白菜10条染色体上;根据进化树关系分成4组,分别包含3、4、4和7个成员;蛋白结构域分析显示,有13个成员包含N端自抑结构域。qRT-PCR结果表明,BraACAs主要在花与果荚中高表达;低温胁迫下,Bra002762与Bra035649表达量总体上调;盐胁迫下,Bra031701表达量显著上调;自交和异交授粉中,Bra003276和Bra024117差异性表达。对Bra002762、Bra035649、Bra031701、Bra003276和Bra024117亚细胞定位分析,发现这些基因均定位在细胞质膜上。【结论】大白菜ACA家族基因蛋白结构均含有4个ACA基因特有的高度保守结构域。该家族在大白菜不同组织中表达模式不同,5个ACA家族基因成员编码蛋白定位于细胞膜上,其中Bra002762、Bra035649、Bra031701与低温和盐胁迫响应有关;Bra003276和Bra024117与自交不亲和性相关。     

花生FAT基因家族的全基因组分析

酰基-ACP硫酯酶(fatty acyl-ACP thioesterase,FAT)是控制植物种子油脂合成的关键酶,根据其氨基酸序列和底物特异性不同可分为FATA和FATB两类。为了更深入了解花生FAT(Ah FAT)的特点与功能,本研究对Ah FAT家族基因进行了全基因组生物信息学分析。在花生基因组中共有20个FAT基因,不均匀分布在2个基因组的12条染色体上。20个Ah FATs可以分为Ah FATA和Ah FATB两个亚家族,Ah FATA亚家族有2个基因,Ah FATB亚家族有18个基因。Ah FATA家族基因具有6或8个外显子,Ah FATB家族基因结构较为复杂,外显子数目5~8个;Ah FATs都不具有跨膜结构域但是都具有保守的Acyl-ACP_TE结构域。对Ah FAT家族基因进行可变剪接分析,发现只有少数发生了可变剪接,且具有组织特异性。对Ah FATs表达模式分析的结果显示,Ah FATAs和Ah FATBs都在种子发育后期表达量较高。     

茄子脂氧合酶家族基因全基因组鉴定与表达分析

脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)是一类重要的含非血红素铁的蛋白,在植物生长发育、响应生物和非生物胁迫时起重要作用.为进一步明确茄子中LOX基因及其进化关系,对茄子全基因组进行分析筛选,共鉴定出12个SmeLOX基因.它们分布在茄子1、3、8和9号染色体上.系统发育树分析表明,茄子LOX家族基因可分为9-LO...     

陆地棉BGLU基因家族成员的全基因组鉴定与表达分析

植物BGLU基因在生物和非生物胁迫防御中起着重要作用,利用生物信息学手段对陆地棉（Gossypium hirsutum） BGLU家族成员进行全基因组鉴定,对序列特征、保守域结构、染色体定位、启动子元件等家族特征进行了分析,并进一步结合转录组数据和qRT-PCR分析了BGLU基因家族的病菌胁迫响应模式。结果表明,共鉴定出53个陆地棉BGLU基因,根据系统发育进化关系分为6个亚族,部分基因在病菌胁迫下特异性表达。荧光定量和转录组测序结果表明,GhBGLU5、GhBGLU14、GhBGLU18、GhBGLU26、GhBGLU34在抗病棉花中的表达水平显著高于感病品种,推测这些基因正向调控棉花黄萎病抗性。上述结果为进一步分析棉花BGLU家族基因的功能以及分子机制提供一定的理论基础。     

水稻OsRIP基因家族的全基因组鉴定及其表达分析

水稻(Oryza sativa)中RIP基因家族编码典型的E3泛素连接酶,在生长发育、逆境响应过程中发挥重要作用。利用水稻基因组数据,采用生物信息学方法鉴定了水稻中的RIP基因家族成员,鉴定到6个RIP家族基因,命名为OsRIP1～6,其编码区长度在906～1086 bp之间,分布在5条染色体上,内含子数量为2～3个。水稻中RIP基因被分为3个亚家族,每个亚家族的内含子数量、基因结构、motif基本一致。蛋白结构域分析结果表明,在水稻中,RIP家族的所有成员均含有SINA和RING结构域。共线性分析显示,水稻与玉米存在最多的共线对,与拟南芥不存在共线对。对启动子顺式作用元件分析发现,RIP基因启动子区有多个非生物胁迫响应元件、光响应元件及激素响应元件。另外,还分析RIP基因家族在不同组织器官、不同发育时期及昼夜节律的表达模式,结果表明在根、茎及花器官中表达水平较高;OsRIP6在播种后83 d表达水平最高,而其他成员在播种后48～69 d的表达处于较高水平;昼夜表达的分析结果显示,在光照后10 h该基因家族成员的表达水平较高。在ABA、JA激素和干旱胁迫、盐胁迫处理下,OsRIP1～5...     

荔枝GRF基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为揭示荔枝（Litchi chinensis）GFR基因的功能,对荔枝生长调控因子（LcGRF）基因家族进行了全基因组鉴定和分析,并研究其在荔枝中的表达模式。基于荔枝基因组数据库,使用生物信息学软件对LcGRFs家族成员进行全基因组鉴定,分析基本理化性质、染色体定位、基因结构、进化关系、蛋白保守基序、顺式作用元件和时空表达情况进行系统分析。共获得12个GRF基因,不均匀地分布在10条染色体上,内含子2～5个。蛋白保守基序分析发现,荔枝GRF蛋白均含有保守的motif1(WRC)和motif2(QLQ),进化分析LcGRF划分为5个亚家族,LcGRFs启动子上存在大量的光、植物激素、非生物胁迫响应以及生长发育相关的顺式作用元件。不同转录组表达模式结果显示,各个组织中呈现出多样化的表达特征,表明不同成员可能在荔枝不同生长发育过程中发挥调控作用,参与调节荔枝的生长发育。研究显示,荔枝GRF家族成员有12个,划分为5个亚家族。     

小麦TaBTLs基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

【目的】鉴定和分析小麦TaBTLs基因家族成员。【方法】通过生物信息学方法,分析小麦TaBTLs家族成员的数量、生化性质、基因结构、共线性关系、系统进化关系和启动子顺式作用元件;利用小麦RNA-Seq数据,分析TaBTL基因在不同组织器官和发育时期的表达模式以及对非生物胁迫的响应水平。【结果】小麦共有35个TaBTLs基因家族成员,所有成员均含RING-H2和BZF保守结构域,相对分子量介于29.64～45.16 ku之间。TaBTLs基因分布在除2A、2B和2D染色体以外的所有染色体上,且各成员之间存在大量重复事件。不同物种间BTLs基因分为7个亚族。TaBTLs基因在启动子区域存在大量的植物生长发育和逆境响应顺式作用元件;该基因家族成员在不同的组织和器官中广泛表达,并且受盐和干旱胁迫诱导。【结论】研究结果为阐明TaBTLs基因家族的进化关系和进一步研究其家族成员的功能提供理论依据和前期工作基础。     

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α-淀粉酶家族基因的全基因组鉴定与表达分析

[目的]α-淀粉酶是被子植物生命周期中的一种至关重要的酶,其主要参与植物籽粒成熟和种子萌发过程。本文旨在对谷子α-淀粉酶家族进行全基因组鉴定,并分析其转录组数据,了解其时空表达特性。[方法]采用blastp方法对谷子α-淀粉酶进行全基因组鉴定,并对其进行生物信息学分析。鉴定谷子α-淀粉酶家族基因11个,对其进行保守基序分析。[结果]α-淀粉酶基因家族成员具有相对保守的motif;基因结构分析表明,其成员间外显子数量差距较大,最少的为3个,最多的为13个;转录组数据表明,Si4g26540与Si5g29970在晋谷21中各时期均表达较高,尤其在种子萌发3 d和成熟种子30 d和60 d,表达最高,推测其在谷子籽粒成熟和种子萌发中发挥重要功能。Si1g33480、Si2g23620、Si2g23630和Si3g02050在种子萌发3 d时表达量最高,参与种子萌发。其它家族基因在根、叶中表达较高。[结论]谷子α-淀粉酶家族基因鉴定和表达分析为研究α-淀粉酶在谷子籽粒成熟和萌发中的功能奠定了基础。     

玉米YABBY基因家族的全基因组鉴定与分析

YABBY基因家族作为植物特有的转录因子家族,在调控植物侧生器官发育中发挥重要作用。本研究利用玉米全基因组数据分析玉米YABBY基因家族,阐明该基因家族成员结构、系统进化发育关系以及基因家族成员在玉米不同组织及不同发育时期的表达谱。结果显示,玉米参考基因组中存在13个YABBY基因,命名为Zm YABBY1~Zm YABBY13,根据系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为4亚类S1~S4。RNAseq数据显示玉米YABBY基因在籽粒、茎和茎端分生组织(Shoot apical meristem,SAM)、幼胚及叶片中有较高表达,预示玉米YABBY基因可能在上述器官发育中发挥调控作用。本研究结果为进一步解析该基因家族的功能奠定了研究基础。     

谷子CO家族基因的全基因组鉴定与分析

抽穗开花是高等植物从营养生长向生殖生长转变的过程,该过程受到众多基因的调控。CONSTANS(CO)是光周期开花途径中的一个关键基因,是生物节律钟基因和开花基因之间的关键枢纽。利用生物信息学的方法,从谷子基因组中鉴定了34个CO基因;与拟南芥CO家族的17个成员进行同源比对,发现Seita.7G007800与Seita.9G020100相似性最高;在此基础上,分析了谷子CO基因的启动子,发现启动子有光响应元件Sp1、脱落酸响应元件ABRE以及赤霉素响应元件P-box等;RNA-Seq转录组测序发现,这些CO基因在叶片中表达量存在显著差异,其中,Seita.4G192300基因表达量最高,而Seita.1G304900,Seita.3G080700和Seita.4G001600这3个基因在叶片中不表达。这些结果不仅为深入研究CO基因与抽穗开花的关系提供依据,而且为后续谷子抽穗开花途径的研究奠定理论基础。     

珍珠粟WOX家族全基因组鉴定及表达

WOX转录因子作为植物特异性转录因子,在植物生长发育及非生物胁迫响应过程中发挥了重要作用,探究珍珠粟WOX家族基因的详细特征及功能有助于进一步解析其在珍珠粟生长发育各个环节中的调控过程.本研究在珍珠粟基因组中共鉴定得到15个WOX家族基因成员.利用生物信息学方法对蛋白理化性质、亚细胞定位分析表明,珍珠粟WOX家族蛋白成员大部分为不稳定酸性亲水蛋白,大多定位在细胞核中.对基因上游启动子区域分析表明,在WOX家族基因启动子区域存在大量与光响应、植物激素响应、抗逆性、生长发育相关的顺式作用元件.保守基序分析发现了2个构成WOX家族基因成员特有结构域的基序.为探究珍珠粟与其他物种的进化关系,构建珍珠粟、拟南芥、水稻、紫象草物种间系统发育进化树并将其分为古代支、中间支、现代支,同一分支下基因成员基序的个数、次序具有相似性.实时荧光定量PCR检测表明,珍珠粟WOX家族基因成员的表达模式具有明显的组织特异性.本研究为深入探讨珍珠粟WOX家族基因的功能提供了有价值的信息.     

烟草YABBY基因家族的全基因组鉴定与分析

YABBY基因家族是种子植物特有的一类转录因子,具有C₂C₂锌指结构域和YABBY结构域,该家族在植物的发育过程中起重要调控作用。为研究烟草YABBY基因家族的成员及其作用,利用生物信息学技术从烟草基因组数据库中鉴定YABBY基因,并分析其蛋白理化性质、构建系统发育树、分析启动子顺势作用元件等。结果表明：在烟草基因组中一共鉴定到7个NtYABBYs基因,分为5个亚家族,均无跨膜结构,定位于细胞核内,启动子顺式作用分析表明NtYABBY基因含有与植物生长发育、植物激素、防御与胁迫等相关的顺势作用元件。该结果可为烟草NtYABBYs基因家族的进一步研究提供理论基础。