甜菜小G蛋白BvRab基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【目的】在全基因组范围内鉴定甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员,为研究甜菜小G蛋白BvRab基因家族功能奠定基础。【方法】本研究利用生物信息学手段对甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员进行筛选鉴定并进行理化性质、基因结构、蛋白保守基序、系统进化、染色体定位及共线性、启动子顺式作用元件和蛋白质互作预测分析。【结果】共鉴定到58个甜菜小G蛋白BvRab基因家族成员。同一类型中的不同基因具有较为一致的外显子和内含子结构,家族成员共有5个蛋白保守基序;甜菜小G蛋白BvRab基因家族包含8个亚家族;家族成员不均匀地分布在甜菜的9条染色体上;BvRab基因家族成员与番茄、拟南芥中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较近,与水稻中的小G蛋白Rab基因家族亲缘关系较远;BvRab基因家族成员启动子中含有多个激素应答元件和逆境应答元件;BvRab蛋白与参与植物生长发育及逆境应答相关的多种转录因子相互作用。【结论】本研究鉴定出58个BvRab基因家族成员,该基因家族成员可能在植物生长发育及逆境应答方面发挥重要作用。     

稻瘟病菌Rab族蛋白的结构及演化分析

运用生物信息学方法,进行稻瘟病菌基因组中假定的Rab蛋白结构分析、建立系统进化树、预测Rab蛋白可能的组织和时空表达特点.结果表明,稻瘟病菌基因组共有11个假定的Rab蛋白成员.这些蛋白均含Ras超家族典型的结构域,但具有可以区别于Cde42等Rho家族小GTP酶的特征,部分Rab成员表现出组织与时空表达的特异性;进一步系统进化分析表明,23种真菌Rab蛋白在进化树上聚成8个分枝,并显示出Rab蛋白的分化可能早于真菌种类的分化.     

禾谷镰刀菌Homeobox基因结构及其演化关系分析

对致病菌禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)全基因组序列中可能的Homeobox基因进行生物信息学分析.结果表明:该菌含有12个可能的Homeobox基因;它们所编码的蛋白都具有同源异型盒结构域,且该结构域中的L15、P28、W51、R56氨基酸残基最保守;所有的同源异型盒结构域蛋白都定位于细胞核中.分子进化分析表明,禾谷镰刀菌Homeobox基因在进化过程中出现分支,并且其分支早于真核生物的分化.研究结果将为深入分析该基因家族的生物学功能奠定基础.     

油茶IDD基因家族鉴定与生物信息学分析

油茶（Camelliaoleifera）是山茶科（Theaceae）的一种特有的油料植物,具有重要的观赏价值和经济价值,随着油茶的集约化种植,病虫害大量发生,加之良种选育滞后,严重制约着油茶产业的发展。INDETERMINATE DOMAIN(IDD)家族是高等植物中一类保守的转录因子,通过介导植物内源激素进而调控植物的基础免疫反应。为鉴定油茶中IDD基因家族成员,本研究以油茶全基因组信息为参考,通过IDD基因家族保守结构域鉴定了29个油茶CoIDD基因家族成员,进一步明确了各基因的结构、理化性质、系统进化关系、亚细胞定位。通过RT-PCR克隆到1个与AtIDD4/5/6同源的CoIDD4基因,明确了其理化性质、表达模式及核定位信号,同时分析了其启动区顺式作用元件的类型。研究结果表明,29个CoIDD基因家族成员分为4个亚组,平均亲水系数均小于0,属于亲水性蛋白,且亚细胞定位均位于细胞核内;克隆到CoIDD4基因的全长ORF框包含1620bp碱基,编码539个氨基酸,主要在叶片和花器官中表达;该基因启动子区顺式作用元件主要是参与光响应和植物激素响应元件两大种类。综上所述,本研究在油茶中...     

苦瓜McAGD8和小G蛋白McRABD2c基因全长cDNA的分离及序列分析

构建并筛选苦瓜成熟果实c DNA文库,分离获得2个全长c DNA序列(命名为McRABD2c和McAGD8)。序列分析结果表明:McAGD8长度为1 695 bp,含有1个1 209 bp开放阅读框,编码403个氨基酸,该蛋白含有1个保守的Arf GAP结构域,与黄瓜Cs AGD8-like具有90%的同源性,同甜瓜Cm AGD8具有89%的同源性。McRABD2c长度为1 166 bp,含有1个609 bp开放阅读框,推测编码202个氨基酸,该蛋白含有Rab家族保守的Rab SF(Rab SF1-Rab SF4)模体及特有的Rab F模体(Rab F1-Rab F5);5个G结构域和2个构象变构域(SwitchⅠ、SwitchⅡ)及C末端的CCX序列,同Cs RABD2C-like同源性高达99%。氨基酸同源比对及进化分析结果表明Mc RABD2属于小G蛋白,而McAGD8属于Arf小G蛋白下游的效应基因。     

茶树COBRA基因家族全基因组鉴定及表达分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白,是次生壁加厚和纤维素含量的调节因子,对植物生长、纤维素含量等有重要作用.本研究通过对茶树基因组数据进行分析,成功的从中鉴定到COBRA基因,并对该基因家族成员的蛋白理化性质、亚细胞定位、进化关系、保守结构域、染色体定位等进行生物信息学分析,同时分析了茶树COBRA成员在PEG诱导的干旱胁迫、茉莉酸甲酯处理、盐胁迫、冷胁迫处理中的转录组数据,最后对茶树进行茉莉酸甲酯处理,基于荧光定量PCR技术的表达水平验证.结果表明:茶树COBRA基因有16个家族成员,相对分子质量24807.70～74813.12,等电点5.43～9.14,亚细胞定位显示在细胞膜和细胞外;根据系统进化树将茶树COBRA基因家族分为5类;保守结构域和motif分析发现相同亚家族的基因结构,保守结构域都属于COBRA基因家族;基因表达分析显示COBRA基因在不同茶树部位和胁迫的表达量有不同差异,说明茶树COBRA基因广泛参与茶树生长发育和非生物胁迫响应.实时荧光定量PCR显示经茉莉酸甲酯处理后,3个CsCOBRA基因表达量趋势大致与转录组数据一致,本研究将为进一步开展茶树COBRA基因家族的功能验证和抗逆作用机理研究等提供参考.     

甜菜CPD基因家族生物信息学分析

BvCPD基因编码细胞色素P450类固醇侧链羟化酶(CYP90),调控油菜素甾醇(BRs)的生物合成。为探索BvCPD基因在甜菜生长发育中的功能,通过HMM和BLAST在甜菜基因组数据中检索P450保守结构域序列,并对其家族成员进行分析。结果表明:共检测到76个BvCPD家族成员,聚为10个亚组,其中,第Ⅱ亚组的BvCPD家族成员最多(16个);染色体定位结果显示,甜菜9条染色体上均有BvCPD基因分布,其中第7条染色体上分布最多,但仍有10个家族成员尚未明确定位;BvCPD蛋白共有10个保守性模体,模体2和模体7存在于所有BvCPD家族成员中。进一步对BvCPD家族成员中的Bv2＿qyup进行分析发现,该基因编码473个氨基酸,相对分子量为54.11 kDa,等电点为8.85,其编码的蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,可能定位于细胞质中,是一种含信号肽的亲水跨膜蛋白,存在44个磷酸化位点;同源多重比对发现,Bv2＿qyup与藜麦、菠菜、毛果杨、黄瓜和拟南芥CPD的同源性较高。研究结果将为BvCPD基因克隆和功能鉴定提供理论依据。     

橡胶树炭疽菌CsHog1基因的克隆和原核表达分析

HOG MAPK途径在植物病原真菌生长发育、致病过程和对杀菌剂敏感性等方面发挥重要功能,但在不同的病原真菌中具有一定差异。为研究Hog1蛋白在橡胶树炭疽菌(Colletotrichum siamense)中的功能和调控机制,本研究利用同源克隆法克隆获得橡胶树炭疽菌(C. siamense)的CsHog1基因,构建GST-CsHog1融合表达载体,利用SDS-PAGE和WesternBlot检测蛋白表达情况。结果表明:橡胶树炭疽菌(C.siamense)的CsHog1基因大小1383 nt,编码459个氨基酸,包含5个内含子,具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶催化结构域;聚类分析显示橡胶树炭疽菌的CsHog1基因编码的氨基酸序列与黄瓜炭疽菌的ClOsc1(Hog1同源基因)同源性最高。所构建的蛋白融合表达载体在供试条件下(IPTG0.3、0.5、0.8、1.0 mmol/L;温度16、25、28℃)均可较好诱导表达,GST-CsHog1融合蛋白大小约为70 ku。用GST亲和层析柱纯化获得蛋白,经Western Blot检测显示该蛋白可与GST单克隆抗体特异性结合。     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

艾纳香MYB转录因子家族生物信息学分析

MYB转录因子是植物中庞大的转录因子家族之一,在植物体内有着广泛的生物学功能。基于艾纳香全长转录组数据库,利用DNAMAN 6.0、MEGA 5.05软件以及ProtParam、WebLogo和SOPMA在线网站分析艾纳香MYB转录因子家族蛋白的分类、理化性质、氨基酸序列高级结构、保守结构域、系统进化等。结果表明,挖掘到127个BbMYB基因,预测47条具有MYB转录因子保守结构域的蛋白序列;根据结构域可分为1R-BbMYB和R2R3-MYB 2个亚类,其中R2-BbMYB与R3-BbMYB基序中都含有3个保守的色氨酸,而R1-BbMYB基序只有2个保守的色氨酸;艾纳香MYB家族蛋白均为亲水性蛋白,热稳定性较高且富含碱性氨基酸,大部分蛋白以无规则卷曲为主,其中R2R3-BbMYB3、R2R3-BbMYB4与1R-BbMYB15蛋白是以α-螺旋为主;与拟南芥MYB转录因子家族共同构建的进化树发现,艾纳香MYB家族在进化上包括2个大类,6个亚类,通过艾纳香与拟南芥MYB蛋白序列相邻或是进化关系近可以预测艾纳香MYB基因功能,为进一步对艾纳香MYB家族基因研究及其功能鉴定提供科学依据。     

杜兰落花生球蛋白基因家族的生物信息学分析

为了解球蛋白基因家族在杜兰落花生(Arachis duranensis)种子中的特征,利用生物信息学方法对杜兰落花生球蛋白基因进行全基因组鉴定及表达模式分析。结果表明,杜兰落花生含有9个球蛋白基因,家族成员间理化特性总体差异不大,亲缘关系相近的蛋白具有相似的保守基序组成。根据物种间的球蛋白系统进化树,球蛋白进化关系符合物种之间的亲缘关系。杜兰落花生球蛋白在进化过程中较为保守,受纯化选择主导,但在部分进化枝上存在正选择位点。栽培种花生转录组数据分析表明,15个花生球蛋白基因在花生种子中检测到表达,其中4个表达量远超其它成员,在花生荚果成熟后期表达量仍较高。     

玉米DUF1685基因家族的鉴定和进化分析

本研究共鉴定出16个单、双子叶植物和卷柏的211个DUF1685基因家族成员。蛋白理化性质分析表明,211个DUF1685s基因的氨基酸序列长度为83~1071 aa,分子量为9.2~116.3 kDa,理论等电点为3.66~11.90。系统发育进化分析表明,DUF1685基因家族被划分了3个亚家族（Class I、Class II和Class III）,Class I和Class II亚家族产生A1和A2、B1和B2的事件发生在单、双子叶植物分化后,同时A1和B2分支（成员均为双子叶植物基因）出现了基因扩张现象。保守基序和基因结构分析结果表明,同一亚家族成员之间保守基序相似,211个DUF1685基因家族成员中大部分含有1个内含子,少部分基因含有2个及以上内含子或者不含内含子。选择压分析表明,DUF1685基因家族在进化过程中相关位点受到正向选择,这可能是导致部分基因发生功能变化的原因。共线性分析表明,片段复制事件可能是玉米DUF1685基因扩增和进化的潜在驱动力。基因启动子区域顺式元件分析结果表明,玉米DUF1685基因启动子区域含有光响应元件、ABA和非生物胁迫相关的顺式作用元件,推测这些基因可能参与玉米对非生物胁迫的响应。转录组数据分析表明,玉米DUF1685基因与特定组织（成熟花粉）的生长发育相关。本研究从多方面探究了玉米DUF1685基因家族的功能和进化情况,以期为今后深入研究玉米DUF1685基因生物学功能和进化关系提供理论参考。     

油棕C2H2基因家族鉴定及低温胁迫下的表达分析

C2H2型锌指蛋白是最常见的锌指蛋白之一，广泛存在于真核生物中，在植物的生长发育、盐、低温、干旱胁迫等非生物胁迫响应中扮演重要作用。本研究以拟南芥C2H2氨基酸序列作为探针，在油棕基因组数据库中进行本地BLASTP比对和保守结构域预测分析，筛选出油棕C2H2型锌指蛋白家族成员，利用生物信息学手段对基因家族成员的理化性质、进化关系、染色体位置、基因结构、保守基序和启动子顺式元件进行分析，并利用转录组数据和荧光定量PCR方法分析EgC2H2基因家族成员在低温胁迫下的表达情况。结果显示：从油棕基因组中共鉴定出73个C2H2型锌指蛋白家族成员，EgC2H2家族成员氨基酸的数目为128～556个，分子量为14176.73～58983.30Da，等电点为4.99～9.62，不稳定系数为38.84～86.01，亲水性为–1.154～-0.226，亚细胞定位显示C2H2基因家族所有成员均定位于细胞核；系统进化树分析显示EgC2H2家族成员可以分为4个亚家族，EgC2H2家族成员多数归类于第Ⅰ亚家族和第Ⅱ亚家族，且同一亚家族成员的结构域具有较高的一致性；染色体定位结果显示，EgC2H2家族成员不均匀地分...     

大豆基因组中OSCA基因家族的进化和表达分析

OSCA是钙通透性阳离子通道蛋白,在高渗胁迫感应中发挥重要的作用。本研究利用生物信息,筛选并鉴定出21个大豆OSCA家族成员。通过染色体定位及同源性分析表明,OSCA家族成员分布在15条染色体上,且存在大量的复制现象;通过Ka/Ks分析表明大豆OSCA家族基因的进化经受纯化选择压力。通过构建系统进化树,将大豆OSCA家族分为2个亚家族,第一亚家族又分为三组(GroupⅠ~Ⅲ),且各组内成员具有相似的内含子-外显子组成模式。保守性分析结果表明,大豆OSCA基因家族很保守,都包含3个功能结构域(即Late exocytosis,Cytosolic domain of 10TM putative phosphate transporter和Calcium-dependent channel);进一步组织表达分析结果表明,OSCA基因家族在不同组织的表达量不同。盐碱胁迫表达模式分析表明,OSCA3.1上调表达变化倍数最大。进一步的启动子分析结果表明,这些盐碱胁迫应答的基因启动子中存在着多种不同的胁迫响应元件,其中干旱和ABA应答相关的元件较多。以上结果为OSCA基因家族提供了新的有价值的信息,并为后续研究提供了重要参考。     

黑麦MIKC型MADS-box家族基因的鉴定和表达分析

MIKC是MADS-box蛋白家族中一类保守的转录因子家族,参与调控植物的开花时间和花器官发育。通过对黑麦MIKC基因家族的分析,为研究黑麦各时期组织器官的功能奠定基础。利用PFam和BLASTP两种方法确定黑麦MIKC家族共47个蛋白序列,将以上蛋白序列利用TBtools软件进行理化性质、进化关系、保守基序和基因结构、共线性及聚类分析等生物信息学分析。将黑麦47个MIKC基因分为12个亚家族,共线性分析发现黑麦与小麦的共线性基因多于黑麦与水稻间的共线性基因,说明黑麦与小麦的亲缘关系更近。聚类结果结合黑麦物种内共线性分析发现,ScMIKC31基因仅在穗子表达,于其他植物组织器官及发育时期均无表达,选用课题组材料进行RNA-seq验证,结果与生物信息学结果一致,推测ScMIKC31基因为黑麦中与开花有关的基因。以上结果说明MIKC家族基因在黑麦中存在功能分化,为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。     

基于转录组的荔枝ARF基因家族的鉴定及表达分析

生长素反应因子(Auxin Response Factors,ARFs)是调节生长素表达的转录因子响应基因,ARF基因在植物中大多由多基因家族组成。基于转录组数据,通过生物信息学方法对荔枝ARF基因进行鉴定,并分析其理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统进化以及基因的表达模式。在荔枝中鉴定出21个ARF基因,其编码的蛋白质含有53~1 117个氨基酸,分子量约为6.112~123.872 ku,等电点为4.21~9.45。亚细胞定位预测结果显示21个ARF均定位于细胞核。Lc ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域。进化树分析表明荔枝ARF蛋白分为5个亚家族。21个荔枝ARF基因在花穗发育过程中有明显不同的表达规律。该结果为进一步深入研究荔枝ARF基因家族的功能奠定了基础。     

大豆Whirly基因家族的鉴定和表达分析

Whirly家族是一类植物特异的转录因子,它们能与单链DNA分子结合,无论在细胞核还是在细胞器内都有着广泛而复杂的生物学功能。然而,目前还没有关于大豆Whirly基因的研究报道。本研究首次在全基因组水平鉴定和综合描述大豆Whirly基因家族成员,以期为它们的后续功能研究提供理论基础。该研究在大豆基因组中鉴定到了7个Whirly基因,并对其理化性质、亚细胞定位、进化关系、基因结构、蛋白基序组成、三维结构和基因表达模式等进行综合分析。根据它们的进化关系、基因结构和蛋白基序组成,将其分为两大类。蛋白三维结构分析结果表明,GmWHY5蛋白由于N端的缺失,缺少了β1-4和α1,与其它大豆Whirly蛋白结构差异很大。利用已公布的转录组数据进一步研究了大豆Whirly基因的表达谱,结果显示其组织和胁迫表达模式差异很大。例如GmWHY1、GmWHY2、GmWHY6和GmWHY7的表达水平明显高于GmWHY3、GmWHY4和GmWHY5。总之,这些发现将为大豆Whirly基因家族的研究提供重要的资源,并为进一步阐明其分子机制奠定基础。     

茶树CsGPX基因全基因组鉴定和表达分析

为明确茶树谷胱甘肽过氧化物酶(CsGPX)基因与非生物胁迫的关系,本研究利用生物信息学手段在茶树基因组中筛选得到3条CsGPX基因,对其编码蛋白理化性质、基因结构、系统进化树、顺式作用元件进行了分析。结果表明,CsGPX包含完整GPX结构域和3段保守序列,都具6个外显子。预测启动子上有参与植物激素和非生物胁迫响应的顺式作用元件。使用实时荧光定量PCR测定该基因的表达谱,发现它们在不同组织中的表达有显著差异。进一步分析表明,CsGPX被低温、ABA、盐以及干旱处理上调表达,但CsGPX2和CsGPX3的表达受低温抑制。本研究为茶树CsGPX家族基因克隆和功能验证提供基础。     

亚洲棉CBL基因家族鉴定及生物信息学分析

为了探究CBL(钙调磷酸酶B亚基蛋白)基因参与棉花非生物胁迫响应.利用生物信息学的方法对亚洲棉CBL家族成员进行鉴定,并对其成员的理化性质、进化关系、基因结构、蛋白结构、染色体定位、顺式作用元件进行分析.结果表明,在亚洲棉中获得20个CBL基因,该基因成员蛋白的理化性质差异不大,大多数CBL基因成员的等电点为4～5.5...