雷蒙德氏棉扩展蛋白基因家族的鉴定和特征分析

扩展蛋白具有松驰细胞壁和增加细胞壁柔韧性的功能。为了弄清该基因家族在雷蒙德氏棉中的特征,利用隐马尔科夫模型(HMM)在雷蒙德氏棉基因组中进行扩展蛋白家族基因成员的鉴定,获得了39个扩展蛋白基因家族成员,分布在12条染色体上。系统发育分析将其归入EXPA、EXPB、EXLA和EXLB共4个亚家族,分别含有26,4,3,6个基因。各亚家族中扩展蛋白基因具有相对多样化的基因结构;扩展蛋白基因家族在进化中经历了3次扩张;染色体片段重复是该基因家族扩张的主要方式;扩张后纯化选择占主导地位。比较棉纤维发育不同时期及叶片、花瓣的深度测序和基因芯片表达谱,发现大部分扩展蛋白基因参与了雷蒙德氏棉纤维、叶片和花瓣的生长发育,在不同的时空范围均表现出表达多样性。Gr EXLA1、Gr EXLA2和Gr EXPA16在花瓣中优势表达,Gr EXPA23和Gr EXPA24在叶片中表达水平较高,推测这些基因的表达分别参与了花瓣和叶片的发育进程;其余的基因,在纤维的不同发育阶段,表现出不同的表达丰度。研究结果有助于了解棉属扩展蛋白基因家族的特征及功能,为深入剖析棉纤维发育过程中的分子调控机理提供了基础。     

亚洲棉和雷蒙德氏棉PEBP家族基因的鉴定及该家族基因在陆地棉组织中表达分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding proteins,PEBP)基因家族广泛存在于真核生物中,在被子植物中主要起着促进或抑制开花和控制株型的作用。利用亚洲棉(Gossypium arboreum,A2)和雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii,D5)的基因组数据库,分别搜索到8个棉花PEBP同源基因,都包含4个外显子和3个内含子,编码的蛋白都存在PEBP家族的保守基序和关键氨基酸位点,表明二倍体棉花中至少存在8个PEBP家族基因。进化分析表明,8个PEBP基因分属于3个亚家族,含FLOWERING LOCUS T(FT)-like亚家族1个、TERMINAL FLOWER 1(TFL1)-like亚家族5个(包括3个TFL1和2个BFT)、MOTHER OF FT AND TFL1(MFT)-like亚家族2个。实时荧光定量PCR分析陆地棉(Gossypium hirsutum)8个PEBP基因在根、茎、叶、幼苗顶端分生组织、花、胚珠和25 d的纤维组织中的表达,表明FT1在叶片中表达量最高,其次在纤维、胚珠和花中;MFT1在各组织中均表达,但在纤维中表达量最高,其次是花和叶片中,而MFT2以在叶片中表达为主;TFL1a、TFL1b和TFL1c均在根中表达量最高,但TFL1c在叶片、花和胚珠中也有相对较高的表达;BFT1和BFT2在叶片中表达量最高,但除幼苗顶端分生组织外,BFT1在其他各组织中的表达明显高于BFT2。这些结果表明,PEBP家族基因在棉花的生长发育中可能具有不同的功能。     

亚洲棉、雷蒙德棉和陆地棉NRAMP基因家族的鉴定和进化分析

自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族是跨膜转运蛋白家族,参与多种金属离子的转运过程。为了更好了解棉花NRAMP基因的成员和特征,二倍体和四倍体棉花之间的进化关系,本研究利用二倍体亚洲棉、雷蒙德棉和陆地棉基因组的氨基酸序列对三个棉种中的NRAMP家族成员进行鉴定,分析了NRAMP家族的种类、理化性质、进化关系、基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性关系和选择压力。结果显示,在二倍体亚洲棉基因组(A)中确定12个成员,在二倍体雷蒙德棉基因组(D)中确定15个成员,在四倍体陆地棉基因组(At, Dt)中确定23个成员。按照进化关系的远近将这50个成员分为3个亚类,进化关系较近的成员之间具有更为相似的理化性质、基因结构和蛋白质基序;通过和其他植物的进化关系分析发现,NRAMP基因在单子叶和双子叶植物分离前已经产生;染色体定位发现NRAMP在染色体上的分布并不规律;共线性分析和选择压力分析表明,片段复制在棉花NRAMP基因的遗传进化过程中发挥主导作用,同源基因对在进化过程中处于纯化选择。     

亚洲棉NF-YA基因家族的全基因组鉴定及表达分析

NF-YA家族基因在植物生长发育过程中发挥重要作用,如调控种子发育和种子萌发,响应干旱和盐胁迫等.本研究利用生物信息学手段从亚洲棉全基因组鉴定NF-YA家族基因,并从理化性质、基因的内含子和外显子结构、氨基酸序列的功能结构域、系统进化发育特征、在染色体的分布和表达模式等方面分析了该家族基因的特征.结果表明:GaNF-Y...     

蓖麻基因组Mlo基因家族成员的鉴定及其序列特征分析

Mlo基因家族是一类重要的植物抗病基因,而蓖麻基因组Mlo成员的鉴定和分析为进一步培育蓖麻抗病品种奠定基础。本研究通过系统地分析蓖麻基因组数据,从中共鉴定出16个Mlo成员,其中15个具有完整的ORF,1个序列缺失。对15个具有完整ORF的蓖麻Mlo基因进行结构分析发现,它们在序列长度上差异较大,但其编码蛋白均具有一个保守的Mlo结构域和6~7次跨膜结构,主要定位在细胞膜上。对蓖麻Mlo基因与其他物种的Mlo基因进行聚类关系分析,结果显示,可将蓖麻Mlo基因家族分为7类(Ⅰ~Ⅶ),其中第Ⅶ类只包含2个蓖麻Mlo基因(RcMlo8和RcMlo9),这可能是蓖麻中特有的一类Mlo;蓖麻RcMlo3、RcMlo2、RcMlo6和RcMlo12与已知的抗病Mlo基因分别聚在第Ⅳ和第Ⅴ类,这4个基因可能是蓖麻基因组中具有抗病功能的Mlo。本研究结果为进一步克隆蓖麻Mlo基因并研究其功能奠定了良好的基础。     

雷蒙德氏棉LBD基因家族的鉴定及进化表达分析

家族转录因子是后基因组时代的研究热点。植物中的家族转录因子参与调控了许多重要的生物学过程,包括形态建成、信号转导、环境应激反应。植物特有的(lateral organ boundaries domain,LBD)/ASL(ASYMMETRIC LEAVES2-LIKE)家族转录因子包含保守的类似锌指结构CX2CX6CX3C基序,在调控拟南芥、水稻、玉米等模式植物生长发育过程中起到至关重要的作用。然而,对于棉花LBD基因的功能目前我们还知之甚少。本研究从雷蒙德氏棉基因组中鉴定出66个LBD基因,不均匀的分布在13条染色体上。这些基因可分为ClassⅠ和ClassⅡ两大类,细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅱa和Ⅱb等6个亚类。该家族基因结构简单,外显子数目不超过3个。从雷蒙德氏棉LBD家族成员中共找出15段保守基序,并对(lateral organ boundaries,LOB)结构域的保守性进行了分析。基因表达模式分析揭示出雷蒙德氏棉LBD基因家族的表达具有一定时空特异性。本研究为今后雷蒙德氏棉LBD基因功能的验证奠定了基础。     

报春PF sHSP21.4基因转化拟南芥的获得及耐热鉴定

根据灰岩皱叶报春PF sHSP 21.4热激蛋白基因序列,采用PCR法从差减文库中克隆得到该基因,并构建pCAMBIA 130 1-PF sHSP21.4植物表达载体,通过根癌农杆菌介导的花器浸染法转化拟南芥,经潮霉素筛选、PCR和RT-PCR法鉴定后,对转基因植株和野生型对照进行高温胁迫,分析其耐热性差异.结果显示:...     

雷蒙德氏棉SWEET基因家族的全基因组鉴定和进化分析

为了探索SWEET基因家族在棉花中的分布和作用,基于二倍体D基因组雷蒙德氏棉基因组数据,利用生物信息学方法对SWEET基因家族完成了全基因组水平的鉴定,并进行了系统发育、基因结构、染色体定位和跨膜结构域分析。共获得31个雷蒙德氏棉SWEET基因,分散或成簇分布在11条染色体上,分为3个不同功能的亚家族;跨膜结构域预测显示大部分雷蒙德氏棉SWEET基因含7个跨膜结构域,少部分含6或7个跨膜结构域;基因结构分析显示除GrSWEET6、GrSWEET7、GrSWEET9、GrSWEET19含4个内含子外,其余27个SWEET基因均含有5个内含子。这些结果将为进一步深入研究SWEET基因在棉花生长发育中功能奠定坚实的数据基础。     

棉花中HD-Zip Ⅳ家族基因的全基因组鉴定及特征分析

同源异型亮氨酸拉链蛋白(homeodomain-leucine zipper,HD-Zip)是高等植物特有的一类转录因子,分成Ⅰ~Ⅳ4个亚家族。HD-ZipⅣ转录因子主要参与表皮结构的发育调控,在其他作物中已经广泛研究,但是棉花中还未进行系统的分析。本研究中,我们分别对陆地棉、亚洲棉、雷蒙德氏棉进行全基因组的鉴定,分别得到15个、12个、14个HD-ZipⅣ基因。除一个雷蒙德氏棉基因发生丢失外,陆地棉中几乎保留了所有的亚洲棉、雷蒙德氏棉中的HD-ZipⅣ基因。分析表明这些基因编码的蛋白都有HD-ZipⅣ转录因子特征性的结构域,且进化树上关系近的成员拥有相似的基因结构和基序组成。大部分陆地棉HD-ZipⅣ基因经历了纯化选择,且有一些经历正向选择。同时,进一步分析得出结论:片段复制在陆地棉HD-ZipⅣ基因的演化中起重要作用。组织表达分析表明大部分HD-ZipⅣ基因主要在发育着的胚珠和纤维中表达,暗示该家族与棉花中种子形成、纤维发育有关。总之,本研究为棉花中HD-ZipⅣ基因的功能研究及应用提供了参考依据。     

生菜WOX基因家族的鉴定与分析

WOX转录因子是植物特异性转录因子。已有研究表明,WOX家族成员在植物生长发育和非生物胁迫响应中起着重要作用,但在生菜(Lactuca sativa L.)中,WOX基因家族的生物学功能研究还很少。本研究在生菜中鉴定到14个可能的LsaWOX基因,分析了他们的基因结构、蛋白保守基序、三级结构、染色体定位和顺式作用元件等,并将其划分为三个主要分支(如远古支系,中间支系和WUS支系)。本研究对生菜中WOX家族成员进行了鉴定和初步分析,为进一步研究生菜中WOX基因家族的生物学功能提供理论依据。     

辣椒TIFY基因家族的鉴定与分析

TIFY基因家族是植物特有的转录因子家族,利用生物信息学共鉴定了15个辣椒TIFY基因,其氨基酸数量在153～411个之间,分布于8条染色体上,所有CaTIFYs定位于细胞核中,进化关系分析表明CaTIFY可聚类为8个组,辣椒TIFYs与番茄TIFYs的亲缘关系最近。叶片和花发育中CaTIFY2、CaTIFY3、CaTIFY4、CaTIFY11基因的表达量较高,果皮和胎座发育中CaTIFY2、CaTIFY3、CaTIFY4、CaTIFY7、CaTIFY11、CaTIFY12基因的相对表达量较高,种子发育过程中CaTIFY2、CaTIFY4、CaTIFY11、CaTIFY12有较高的表达量。CaTIFYs基因启动子含有多种激素和非生物胁迫响应元件,转录组数据分析显示,在非生物胁迫和激素处理后根系中CaTIFY4、CaTIFY9、CaTIFY11、CaTIFY14基因的表达量明显上调,而叶片中CaTIFY9的表达量明显下调。     

苹果AAAP基因家族的鉴定与分析

为了对苹果MdAAAP基因家族的功能进行深入研究,本研究利用生物信息学方法对苹果MdAAAP基因家族进行鉴定,并对其家族成员的生物学信息进行分析。结果表明,在苹果中共鉴定到95个MdAAAP基因家族成员,编码氨基酸在89～569,分子量大小在10.37～62.78 kD,不稳定系数为10.92～76.66,等电点为4.79～9.55,脂肪族氨基酸指数为78.73～142.90,亲水性为-0.426～1.255。亚细胞定位预测结果表明93个MdAAAP蛋白定位在细胞内膜。MdAAAP基因不均匀地分布在18条染色体上。系统进化树分析将MdAAAP基因家族分成8组(AAP, LHT, GAT, ProT, AUX, ANT, ATLa和ATLb),本研究初步了解了苹果MdAAAP基因家族成员的特征和功能,为后期在苹果中该基因的功能研究在分子水平上提供了理论支撑。     

亚洲棉bZIP蛋白家族的鉴定及GaFD基因的组织表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是真核生物中数量最多并且最具多样性的转录因子之一,参与植物生长发育及响应生物和非生物胁迫。本研究利用亚洲棉(Gossypium arboreum)全基因组数据库,通过生物信息学分析分布在13条染色体上的159个bZIP家族基因的全序列。系统进化、基因结构和保守基序分析表明这些基因分成13个亚家族。其中,A亚家族有3个GaFD基因GaFD1、GaFD2和GaFD3,通过实时荧光定量PCR分析3个GaFD基因在不同组织中的表达,结果表明GaFD1和GaFD2在SAM中的表达量最高,GaFD3在茎中表达量最高。研究表明棉花基因组中具有数量众多的bZIP家族成员,不同基因结构及FD基因不同的表达特征表明bZIP基因在棉花生长发育中可能具有不同的功能,这些结果为进一步解析棉花bZIP家族基因的功能和作用机理积累了有价值的资料。     

亚洲棉bZIP蛋白家族的鉴定及GaFDs基因的组织表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是真核生物中数量最多并且最具多样性的转录因子之一,参与植物生长发育及响应生物和非生物胁迫。本研究利用亚洲棉(Gossypium arboreum)全基因组数据库,通过生物信息学分析分布在13条染色体上的159个bZIPs家族基因的全序列。系统进化、基因结构和保守基序分析表明这些基因分成13个亚家族。其中,A亚家族有3个GaFD基因GaFD1、GaFD2和GaFD3,通过实时荧光定量PCR分析3个GaFDs基因在不同组织中的表达,结果表明GaFD1和GaFD2在SAM中的表达量最高,GaFD3在茎中表达量最高。研究表明棉花基因组中具有数量众多的bZIP家族成员,不同基因结构及FD基因不同的表达特征表明bZIP基因在棉花生长发育中可能具有不同的功能,这些结果为进一步解析棉花bZIP家族基因的功能和作用机理积累了有价值的资料。     

西瓜SOD家族基因的鉴定及其对枯萎病菌的响应特征分析

西瓜作为一种重要的园艺作物,极易受到逆境尤其是各种病原菌的侵害,在生产上造成严重的损失。逆境胁迫会诱导植物细胞内活性氧自由基的积累,产生氧化胁迫,影响植物的生长发育。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)是抗氧化系统的第一道防线,能有效清除活性氧,减轻氧化胁迫从而提高植物对逆境的耐受能力,但还没有研究对西瓜SOD基因进行分离和鉴定。本研究采用生物信息学手段在西瓜基因组中共鉴定到8条ClSOD基因,并对它们基因结构、进化关系、蛋白结构、亚细胞定位、启动子顺式作用原件及表达模式等进行预测和分析。根据蛋白结构和进化分析表明,西瓜SOD蛋白可分为Cu/ZnSODs和Fe-MnSODs两类,进一步分为4个亚族。绝大多数西瓜SOD基因含有多个内含子。利用荧光定量PCR(qRT-PCR)分析发现,西瓜SOD基因具有不同的的时空表达模式。另外,我们从ClSOD基因的启动子上鉴定到许多激素和逆境相关的顺式作用元件。接种尖孢镰刀杆菌后,西瓜抗病品种中大部分SOD基因的表达上调而感病品种中则相反,初步鉴定到一些与枯萎病抗性相关的ClSOD基因。本研究将为西瓜抗病基因的功能鉴定及其调控机理的探究提供科学依据,也为西瓜抗病分子育种提供理论基础。     

雷蒙德氏棉PIF-like转座元件鉴定与特征分析

PIF-like转座元件在植物基因组中含量丰富,是植物DNA转座子的重要组成部分。利用基因组学和生物信息学的研究手段,系统研究了雷蒙德氏棉全基因组水平PIF-like转座元件的数量、染色体分布、结构特征、表达模式及相邻基因的种类和功能等,共鉴定了440条包含转座酶且插入位置明确的PIF-like转座元件。这些元件几乎均匀地分布在13条染色体上,上下游2 kb内共有171个相邻编码蛋白的基因,其中132个基因注释到了GO数据库中,且这些基因的功能分布广泛;部分PIF-like转座元件表达,且具有组织特异性。这些遗传信息为深入研究棉花PIF-like转座元件介导的基因和基因组的进化规律以及棉花基因的功能奠定基础。     

棉花CML基因家族成员鉴定与功能分析

【目的】类钙调素(Calmodulin-like,CML)蛋白是1种重要的Ca2+传感器,在调节植物应激反应机制中起重要作用。对CML基因家族进行全基因组学分析,以便深入研究CML基因在棉花逆境胁迫下的作用。【方法】利用生物信息学的方法进行了棉花CML家族成员的鉴定。利用转录组数据和反转录聚合酶链式反应分析陆地棉(Gossypium hirsutum L.)CML基因在盐胁迫下的表达模式。利用病毒诱导基因沉默技术对GhCML44-2基因进行沉默并进行功能验证。【结果】在陆地棉(Gossypium hirsutum L.)、雷蒙德氏棉(G. raimondii Ulbrich)、亚洲棉(G. arboreum L.)中分别获得了154个、74个、78个CML蛋白。进化树和保守基序分析表明,GhCML蛋白分为8个亚类,都含有保守的EF-hand结构域;在盐胁迫下,107个GhCML基因在叶和根中有显著的差异表达,且在根和叶中的差异表达模式不同。启动子分析表明,这些基因启动子中存在多种不同的胁迫响应元件;利用病毒诱导基因沉默技术成功沉默GhCML44-2的棉株相较于对照更加不耐盐。【结论】该研究结果有助于了解棉花CML基因家族的进化与功能,为后续研究其功能提供了一定的理论依据。     

黄瓜SBP家族基因鉴定与表达分析

SQUAMOSA启动子结合蛋白家族(SBP家族)是植物中特有的一类转录因子,在植物生长发育中发挥重要作用.本研究通过生物信息学方法从黄瓜基因组中鉴定出15个SBP基因,并对这些基因的理化性质、基因结构、系统进化以及不同组织中的表达进行了分析.结果 显示黄瓜15个CsSBP基因分布于4条染色体上,分为6个类群,同一个类群...     

雷蒙德氏棉和亚洲棉TCP基因家族的生物信息学分析

TCP基因家族是植物中特有的一类转录因子家族,涉及了植物的多种生长途径以及各种生理生化反应的信号传导。为了更好地了解TCP基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数量和分布情况等,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出37个TCP基因家族成员,并对TCP家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系等分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉全基因组分别编码37个TCP转录因子成员。雷蒙德氏棉30个成员基因分布在10条染色体上,亚洲棉37个成员基因分布在13条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,TCP基因结构较为简单,大部分不含内含子;功能结构域分析,发现所有TCP转录因子具有高度保守的TCP结构域;根据结构域差异和系统发育分析的结果,将TCP基因家族分成2个亚族,进一步划分为PCF、CIN、CYC/TB1三个亚类。以上结果为进一步研究棉花TCP基因家族各成员的功能奠定一定的理论基础。