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。     

花生FAD基因家族的全基因组鉴定与表达模式分析

脂肪酸去饱和酶(FAD)是合成不饱和脂肪酸的关键酶,在植物维持各项生命活动、应对生物与非生物胁迫方面具有重要作用。本研究对花生基因组中的FAD基因家族进行鉴定与生物信息学分析,并利用花生转录组数据对花生FAD(Ah FAD)基因的表达模式及可变剪接形式进行分析。结果显示,在花生基因组中共有31个Ah FAD基因,分为6类,Ah SAD基因亚家族有12条序列,AhFAD2有6条序列,Ah FAD3有4条序列,Ah FAD4/5有3条序列,Ah FAD6有2条序列,Ah FAD7/8有4条序列。聚类分析表明,Ah FAD有两大分支:游离Ah SAD分支和膜结合Ah FAD分支;膜结合Ah FAD分支中Ah FAD4/5起源最早,ω-3 Ah FAD由ω-6Ah FAD进化而来;单双子叶聚类于不同分支。表达模式分析表明,Ah SAD、AhFAD2和Ah FAD3在种子中表达水平较高,Ah FAD4/5、Ah FAD6、Ah FAD7/8在叶中表达量最高。可变剪接分析表明,Ah FAD亚家族之间可变剪接形式差异明显,其中有12个Ah FAD基因发生了可变剪接。TTS和TSS是发生最多的可变剪接事件,其次是IR,最少的是AE和ES。     

棉花HKT基因家族的全基因组分析

HKT(high-affinity K+transporter)转运蛋白在调节植物体内K+/Na+转运,参与逆境胁迫调控中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法,系统分析了棉花HKT基因家族的分类、系统进化树、组织表达以及HKT蛋白的亚细胞定位、跨膜结构、基序情况等。结果显示,棉花中共有8个HKT基因家族成员,编码的8个HKT蛋白都定位到了质膜上,具有7~10个不等的跨膜数;系统进化树分析结果表明,棉花8个HKT基因家族成员大致分为2个小组,在进化树上分支比较近的HKT基因家族成员编码的HKT蛋白具有完全相同或者比较类似的motif类型和跨膜数;组织表达分析发现,克劳茨基棉仅有Gr HKT1;1和Gr HKT1;2 2个成员在200 mmol/L的Na Cl溶液处理0 h、3 h、12 h、72 h和144 h后具有不同程度的响应。     

陆地棉GhSAMDC基因家族的全基因组分析

以已报道的SAMDC为探针序列,从异源四倍体陆地棉基因组数据库中筛选获得14个GhSAMDC家族基因。GhSAMDC家族基因的氨基酸多重序列比对发现该家族成员序列相似性约为50%,家族成员均具有GhSAMDC家族特有的保守结构域:酶原剪切位点结构域(LSESSLF)和PEST(TIHVTPEDGFSYAS)结构域。染色体定位分析发现14个基因均匀地分布在A和D基因组,A和D上各含7个GhSAMDC成员,无家族成员构成基因簇的现象。转录组测序结果发现 GhSAMDC1、 GhSAMDC7和 GhSAMDC8对黄萎病菌的胁迫有明显的响应,暗示这些在棉花抵御黄萎病菌胁迫过程中发挥一定的作用。试验为进一步研究GhSAMDC家族基因的功能及解析棉花抗黄萎病分子机制奠定了一定基础。     

香蕉Ran家族基因的全基因组分析

Ran是一类在多种基本细胞活动中扮演者重要角色的小GTP酶。从香蕉基因组中鉴定出9个MuRan家族基因成员,并对其染色体分布、基因结构、蛋白理化性质、结构域和系统进化等进行分析。结果表明:MuRan家族基因不均匀的分布在第1、4、5、6号等4条染色体上。MuRan蛋白与其它植物Ran蛋白的氨基酸序列都有很高的同源性,带有GTP水解结构域、Ran GAP结合结构域和酸性尾巴等Ran蛋白的典型结构域,与拟南芥AtRan蛋白亲缘关系较近。为进一步研究香蕉MuRan家族基因的生物学功能提供参考。     

杧果RAV基因家族的全基因组分析

为了揭示RAV家族基因在杧果中的序列特征及其表达特性,采用生物信息学方法对杧果RAV家族基因进行序列分析,并通过qRT-PCR技术研究杧果胶孢炭疽菌和细菌性黑斑病菌侵染过程中该家族基因的相对表达量.结果表明,从杧果基因组中鉴定出6个RAV基因家族成员,其编码的蛋白质均具有AP2和B3超家族保守域结构,命名为MiRAV1...     

全基因组范围内分析玉米磷转运体家族基因

磷转运体在磷吸收和转运过程中具有重要功能,目前对玉米磷转运体研究相对较少。从全基因组范围内鉴定玉米磷转运体并分析其特性,包括：染色体分布、系统进化发育、基因与蛋白结构、保守序列构成、相关顺式作用元件和表达模式。通过分析,发现40个玉米磷转运体,这40个玉米磷转运体分布于除第9染色体外的其他9条染色体,可以细分成4个类群,ClustersⅠ、Ⅳ基因结构和蛋白结构相对保守。进一步分析发现这40个玉米磷转运体中的14个保守序列和启动子区域20个顺式作用元件。并且分析了ClusterⅠ中13个成员在玉米不同发育时期不同组织中的表达情况,发现各基因表达方式不同,具有组织特异性或发育时期特异性。该结果可为进一步分析玉米磷转运体功能和调控机制、提高玉米磷利用效率提供信息。     

家蚕Septin基因家族的全基因组鉴定及分析

Septin基因家族存在于除植物外的所有真核生物中,是具有GTPase活性保守基因家族。Septin蛋白功能多样,能够参与细胞分裂、细胞内物质转运、细胞周期调控及细胞凋亡等生理反应,并与肿瘤发生、神经功能障碍和病原物侵染的过程直接相关。利用果蝇的5个Septin基因家族蛋白序列检索家蚕基因组数据库,发现家蚕基因组中存在4个septin基因,其蛋白序列都具有完整的保守结构域;通过与果蝇、酵母等Septin蛋白进行聚类分析,发现该基因家族具有高度保守性,并对家蚕4个septin进行命名为BmPnut、BmSeptin1、BmSeptin2和BmSeptin4;通过查找基因芯片数据库分析了家蚕septin基因家族在各组织的表达模式,4个septin基因在各组织表达量各不相同,为下一步研究家蚕septin基因功能奠定了基础。     

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。     

荆芥HD-Zip基因家族的全基因组鉴定及分析

【目的】鉴定荆芥Schizonepeta tenuifolia的HD-Zip基因家族,利用生物信息学方法分析其在全基因组中的分布和相关特征以及在不同时期中的表达规律,为该家族基因的进一步研究奠定基础。【方法】根据已经表征的HD-Zip基因,筛选荆芥基因组内的HD-Zip基因序列,利用MEME、PlantCARE、NCBI、MEGA X、MCScanX、Circos等在线网站及软件对蛋白序列进行基本理化性质分析、进化树构建、染色体定位、基因结构分析、共线性基因分析等。【结果】在荆芥全基因组中共鉴定到42条HD-Zip基因序列,它们可被分为4个亚家族,分别含有16、7、5、14个基因,亚家族之间的基因长度、结构及保守基序差异显著,但在亚家族内部保守,荆芥基因组与拟南芥Arabidopsis thaliana基因组共线性分析发现有37对基因,可能具有相似的生物学功能。荆芥的4个亚家族基因的顺式元件中均高频出现了光响应、脱落酸响应、MeJA响应等元件,在不同生长时期的叶片及部位的转录组数据中具有不同的表达趋势,Ⅰ亚家族主要在幼叶中表达,Ⅱ和Ⅲ亚家族主要在根中在表达,Ⅳ亚家族主要在叶中表达。【结...     

薄壳山核桃全基因组LBD基因家族的生物信息学分析

  目的  研究薄壳山核桃Carya illinoensis LBD基因家族结构特征、进化模式和在胚发育过程中的表达模式。  方法  运用生物信息学手段鉴定薄壳山核桃LBD基因,分析该基因结构特征、系统发生学关系、显花植物中的进化历史和在胚发育过程中3个关键阶段的表达模式。  结果  薄壳山核桃全基因组中一共鉴定到52个候选LBD基因。根据基因结构、系统发生学最大似然树和Motif分析可分为3类:GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ。多序列比对分析中,52个LBD基因LOB结构域中鉴定出3个重要的结构:CX₂CX₆CX₃C锌指结构、高度保守的甘氨酸GAS结构和亮氨酸拉链(zipper-like)结构,并且在3类内都分别发生了特异性的的变异或者缺失。根据代表性显花植物LBD基因家族的系统发生学分析,从变异程度看GroupⅠ和GroupⅡ相对较为保守,而GroupⅢ内的所有LBD基因共享1支较长的分支,它们已发生了较大的变异,可能已经分化出新的功能。表达分析结果显示:LBD基因家族参与调控胚发育过程,通常控制子叶的发育和形态建成。薄壳山核桃LBD基因中又有在整个胚发育过程中都高表达的一簇基因,这些基因可能在胚发育过程中发挥了更加重要的作用。  结论  薄壳山核桃全基因组中共获得LBD基因52个,共可分为3个亚家族,不同的亚家族具有不同的基因结构、蛋白质结构、进化模式和表达模式,转录组表达分析显示:不同亚家族之间在胚发育不同阶段具有差异性表达,它们共同参与调控薄壳山核桃胚发育过程。图5表2参47     

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。     

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。     

玉米全基因组中NAC基因家族的鉴定与分析

本试验利用生物信息学方法预测了玉米NAC基因家族成员、基因结构、染色体定位和系统进化关系。结果表明,玉米NAC基因家族包含128个成员,依据其在染色体上的位置系统命名为Zm NAC001~Zm NAC128;Zm NAC分布在10条染色体上,且分布不均;Zm NAC基因与拟南芥NAC基因具有一定相似性,可分为13个亚家族;基因结构分析发现绝大多数Zm NAC基因含有1~3个内含子;miRNA靶基因预测发现7个Zm NAC基因为miRNA164的靶基因。     

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。     

油棕SAUR基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】挖掘并鉴定油棕生长素上调小RNA(SAUR)基因家族成员,并对其进行生物信息学分析,为油棕生长素信号转导机制的研究提供参考。【方法】根据拟南芥SAUR基因序列,在油棕全基因组数据库中同源序列搜索,并利用CDD和Pfam数据库进行SAUR蛋白结构域分析,剔除无保守结构域的序列,最后利用生物信息学软件对油棕SAUR基因家族成员进行可视化分析。【结果】从油棕全基因组中共鉴定出40个SAUR基因家族成员(EgSAUR1~EgSAUR40),有31个基因在油棕14条染色体上呈不均匀分布,其中4号染色体上分布的基因最多为7个;除EgSAUR14和EgSAUR24基因含有2个外显子外,其余38个基因均仅含1个外显子,无内含子。40个EgSAURs蛋白亚细胞定位于细胞核,其二级结构均由α-螺旋、β-转角、无规卷曲和延伸链组成,以无规卷曲和α-螺旋所占比例较高,其中有11个EgSAURs蛋白呈酸性,29个EgSAURs蛋白呈碱性。40个油棕SAUR蛋白被划分为四大类,其中第Ⅰ(除EgSAUR27蛋白外)、Ⅱ(除EgSAUR3和EgSAUR22外)、Ⅲ、Ⅳ类蛋白均有Auxin_inducible保守结构域。40个EgSAURs蛋白共含10种保守基序(Motif),其中Motif 2存在于所有基因成员中。在花中特异表达的EgSAURs基因(EgSAUR4、EgSAUR9、EgSAUR10、EgSAUR24、EgSAUR29、EgSAUR30、EgSAUR32和EgSAUR33)数量最多,其次为根、茎和叶,在中果皮中特异表达的基因数最少。【结论】基因重复和组织表达特异性是油棕SAUR家族基因的两大特点,推测该家族基因对油棕花的生长发育及授粉受精过程发挥调控作用。     

萝卜全基因组SUS基因家族成员的鉴定与分析

利用生物信息学方法,对萝卜全基因组SUS基因家族成员进行鉴定与表达分析,结果表明:1)从萝卜基因组中鉴定出7个SUS基因家族成员,且每个家族成员均包含3个保守基序,外显子数量为11～14个.2)根据进化树聚类结果,7个SUS基因家族成员可分为3大类,即SUS Ⅰ、SUS Ⅱ和SUS Ⅲ,它们分别包含2个、2个和3个SU...