茶树脂肪氧合酶(LOX)基因家族成员的分子进化及密码子偏好性分析

脂肪氧合酶(lipoxygenase,LOX,EC 1.13.11.12)是一类含有铁离子的血红素双加氧酶,专一催化多元不饱和脂肪酸加氧反应。基于茶树基因组数据,对筛选获得的12个LOX基因家族成员的分子特性、进化规律及密码子偏好性进行分析归纳。理化性质检测结果表明,茶树LOX家族成员中以Cs LOX6的开放阅读框(open reading frame,ORFs)最长(2 778 bp),编码925个氨基酸,蛋白分子量为104.5 k Da。通过氨基酸序列同源比对,构建茶树LOX基因家族成员与26个物种(均系双子叶植物纲)的37个LOX基因的系统发育进化树,结果发现,茶树LOX基因家族成员可被分为9-LOX亚族(5个)、13-LOX TypeⅠ亚类(5个)及13-LOX TypeⅡ亚类(2个),但13-LOX TypeⅡ亚类中的Cs LOX5基因,并不具有转运肽(transit peptide)前导序列。对茶树基因组LOX家族成员基因密码子相对偏好使用度(relative synonymous codon usage,RSCU)及偏好性参数进行分析,结果表明:茶树LOX基因家族成员存在着4个密码子在编码基因上被高频率选用,9个密码子被低频率选用;茶树LOX基因家族成员的密码子选用偏好性普遍较弱,并偏好以A/T作为结尾。此外,以最近邻元素法(Neighbor-Joining,NJ)对密码子RSCU值进行聚类分析,结果发现,RSCU值的聚类与以编码序列(coding sequences,CDS)构建的系统发育进化树之间,在Cs LOX10基因的聚类上存在差异。     

辣椒CUL家族基因的鉴定与表达分析

CUL家族成员在植物体内发挥着重要作用,但关于辣椒CUL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析报道较少。本研究对辣椒CUL基因家族进行了全基因组鉴定和表达分析。结果表明,共有12个CaCUL家族基因被系统鉴定,编码序列(CDS)全长为777～2 952 bp,非均匀地分布在6条染色体上,系统进化树将CUL基因分为4个亚家族。保守结构域分析结果表明,所有CUL蛋白均含有Cullin结构域,除此之外,有8个成员含有Cullin-Nedd8结构域,CaCUL1.6蛋白含有NB-ARC结构域。亚细胞定位预测发现CaCUL均定位于细胞质、细胞核。CaCUL基因的启动子中有多种与激素和胁迫响应等相关的顺式作用元件。基因表达模式分析结果表明,在不同生长阶段的不同组织中CUL参与了辣椒植株的生长和发育;在非生物胁迫中,大部分CUL基因都具有应激反应。本研究为进一步解析CaCUL家族基因在辣椒生长发育和非生物胁迫应答中的作用机理奠定了基础。     

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...     

黄瓜脂氧合酶基因CsLOX2的克隆及表达分析

【目的】以华北型黄瓜种质26号为材料克隆黄瓜脂氧合酶基因CsLOX2的cDNA全长并分析其序列特征,在此基础上研究该基因在果实发育进程中的表达模式、酶活性变化及相应的C6醛类物质含量,为研究脂氧合酶基因在黄瓜果实醛类香气物质形成中的作用机制奠定基础。【方法】以华北型黄瓜种质26号为材料,通过RT-PCR和RACE技术克隆黄瓜的脂氧合酶基因CsLOX2的cDNA全长并分析其生物信息学特征,对CsLOX2在果实发育进程中的表达模式进行Real-time PCR检测,通过气质联用（GC-MS）技术测定相应的C6醛类香气物质的含量并利用分光光度法测定LOX酶活性。【结果】华北型黄瓜种质26号的CsLOX2基因cDNA全长2 878 bp,ORF区为2 640 bp,编码879个氨基酸,推导的蛋白质分子量为99.39 kD,等电点为6.28。通过氨基酸序列比对发现,该基因编码的氨基酸序列具有脂氧合酶家族的3个重要特征区域及植物LOX中皆具有的6个高度保守的组氨酸,该序列与其它物种的脂氧合酶氨基酸序列具有较高的同源性。根据其N端序列特征推测CsLOX2属于I类LOX,具有13-LOX活性。Real time-PCR分析结果表明,该基因在花后3 d表达量最高,此后下降,至花后15 d最低;脂氧合酶的活性自开花当天逐渐上升,至花后12 d达到最高,此后下降;C6醛类香气含量在果实发育始期较高,随果实发育进程逐渐下降,至花后12 d最低。【结论】利用RACE技术克隆了华北型黄瓜种质26号脂氧合酶基因CsLOX2的cDNA全长,序列分析表明该基因具有植物LOXs的特征结构域。CsLOX2基因表达高峰先于脂氧合酶活性高峰的出现,C6醛类香气含量在果实发育始期较高,随果实发育进程逐渐下降。该研究结果将为进一步探讨脂氧合酶基因在黄瓜果实醛类香气物质形成中的作用机制奠定基础。     

大麦TIFY基因家族成员鉴定及表达分析

【目的】对大麦TIFY基因家族成员进行鉴定及表达分析,为进一步探究TIFY基因家族在大麦生长发育与胁迫响应中的作用机理打下基础。【方法】基于TIFY家族蛋白的保守域特征,利用HMMER从大麦中鉴定TIFY基因家族成员,利用采用生物信息学软件对其理化性质、保守基序、特征结构域、顺式作用元件、基因结构、系统进化及表达模式进行预测分析。【结果】从大麦中鉴定出15个HvTIFYs基因（HvTIFY1～HvTIFY15）,分布于5条染色体上,且大多数基因在染色体上成簇分布。15个HvTIFYs蛋白均具有TIFY家族蛋白的特征结构域（TIFY）,根据所含保守结构域的不同,可分为ZML（4个）和JAZ亚族（11个）,且亲水性蛋白（14个）和偏碱性蛋白（11个）居多,但均定位于细胞核;二级结构相似度较高,均由α-螺旋、β-转角和无规则卷曲组成,除HvTIFY7蛋白外,其余蛋白二级结构所占比排序:无规则卷曲>α-螺旋>β-转角。HvTIFYs基因结构存在明显差异,其中,JAZ亚族11个基因的内含子数为0~6; ZML亚族4个基因的内含子数为6～7个,系统发育进化树上相邻分支的基因具有较相似的基因结构。HvTIFYs基因启动子区域富含光、激素和胁迫等顺式作用元件,种类及分布均呈多样性。5个物种的79条TIFY蛋白分为4个组,恰好与TIFY家族的4个亚族对应,其中,ZML、TIFY和JAZ亚族包含单、双子叶植物的TIFY蛋白,而PPD亚族仅含有双子叶植物的TIFY蛋白。15个HvTIFYs基因在不同组织器官中的表达量存在明显差异,其中HvTIFY1、HvTIFY2和HvTIFY8基因在8个组织中的表达量均较高,HvTIFY10和HvTIFY15基因表达量中等,HvTIFY6基因表达量较低; HvTIFY11基因不表达。15个基因在根的不同组织中对盐胁迫的敏感程度不同。【结论】从大麦中鉴定出的15个HvTIFYs基因存在一定的功能分化,具有明显的组织和时空特异性,推测其在大麦逆境响应和激素调节中具有重要调控作用。     

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。     

茎瘤芥BXL基因家族的全基因组鉴定及在瘤状茎膨大过程中的表达分析

为深入解析BXL家族基因在茎瘤芥发育中的功能,利用生物信息学方法从茎瘤芥全基因组鉴定出16个BjuBXL,并系统分析了BjuBXL家族蛋白的理化性质、基因结构、保守基序、染色体定位和在茎膨大过程中的表达。结果表明：16个BjuBXL基因分为7类,共2个亚族,其中BjuBXL1-1~ BjuBXL1-4与拟南芥中参与细胞壁代谢和植物发育的AtBXL1亲缘关系相近;7个BjuBXL定位于A亚基因组的5条染色体上,8个定位于B亚基因组的4条染色体上;荧光定量PCR分析表明BjuBXL1-1和BjuBXL1-2在茎膨大过程中均明显上调,而且在茎的内髓区（P2~P4）表达量均显著高于外髓区（P1）,可能参与茎膨大过程中茎内髓区的细胞壁代谢。     

百香果YUCCA基因家族鉴定与表达分析

【目的】黄素单加氧酶（YUCCA）基因是吲哚-3-乙酸（Indole-3-acetic acid, IAA）生物合成的主要限速酶基因之一,在植物生长发育中起着重要调控作用。本研究利用生物信息学方法对百香果（Passiflora edulis Sims.）YUCCA基因家族成员进行鉴定,以期揭示百香果YUCCA家族基因在激素响应中的功能,同时为YUCCA家族基因在其他物种中的生物信息学研究提供参考。【方法】利用生物信息学方法分析百香果YUCCA基因编码蛋白质的理化性质和保守结构域,基因的染色体定位、基因结构、系统进化树、顺式作用元件等;利用qRT-PCR探究部分成员在植物生长调节剂IAA处理下的表达情况。【结果】百香果基因组中共鉴定出29个YUCCA家族成员,不均匀分布于8条染色体,基因长度（552～9 210 bp）存在明显差异,含有1～8个内含子,同时具有8个保守基序。通过系统进化树分析,发现百香果YUCCA基因家族可划分为3类,聚在同一分类中的百香果YUCCA基因具有高度的保守性,同时发现百香果的YUCCA基因与苜蓿（Medicago sativa L.）、拟南芥（Arabidop...     

荞麦ARF基因家族的鉴定及生物信息学分析

生长素响应因子(auxin response factor, ARF)基因应答了生长素信号,在植物生长发育中具有重要的调控作用。以荞麦基因组数据库为基础,利用BlastP比对程序共鉴定了21个荞麦ARF基因,并对其基因结构、编码蛋白理化性质、保守结构域、保守基序、亚细胞定位、潜在磷酸化位点及系统进化关系进行了分析。基因结构分析表明,21个荞麦ARF基因均含有内含子,且不同基因间内含子数目存在较大差异。保守结构域分析显示,21个ARF蛋白均含有保守的B3和ARF结构域,部分ARF蛋白还含有Aux/IAA结构域。蛋白保守基序分析表明,21个ARF蛋白共有10个保守基序,基序长度在13~55个氨基酸之间。亚细胞定位分析表明,大多数ARF蛋白定位于细胞核,个别定位于叶绿体。潜在磷酸化位点分析显示,所有ARF蛋白均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点,但各蛋白的不同磷酸化位点的数目差异较大。系统进化分析表明,21个ARF基因可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个亚家族,其中,Ⅰ亚家族可以进一步分为Ⅰa和Ⅰb两个家族,Ⅱ亚家族可以进一步分为Ⅱa和Ⅱb两个家族。研究结果为进一步克隆荞麦ARF基因及深入研究它们在荞麦中的功能提供了参考。     

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.