番茄CBL家族基因的鉴定和遗传进化分析

植物CBL基因在逆境应答过程具有重要功能,但在番茄中缺乏相关报道。本研究利用生物信息学的方法从番茄基因组中鉴定出13个CBL基因,并对它们的基因组分布、分子特征、遗传进化以及顺式元件等进行了分析。结果发现,番茄CBL基因在基因组中的分布是不均匀的,外显子数大多为8或者9,编码区序列大小在561~774 bp之间。在进化上番茄CBL基因分为两个不同的类群;它们编码的蛋白除了一个预测定位在胞外基质中,其余定位在细胞的不同部位;在番茄CBL基因的上游序列中存在几个或者多个应答不同逆境和植物激素的顺式元件,而且不同成员含有的顺式元件的种类和数目各不相同。上述分析显示番茄CBL可能参与多种生物学过程,而且不同成员存在功能上的分化。本研究结果可为进一步研究番茄CBL基因的功能提供有益参考。     

香蕉ACS基因家族的系统进化分析

ACS是高等植物中乙稀生物合成过程中的关键限速酶,对香蕉果实合成乙烯起到至关重要的作用。目前学界关于对ACS基因家族在香蕉的研究很少,此研究采用生物信息学分析技术,对香蕉ACS基因的理化性质、二级结构预测、亚细胞定位、内含子和外显子结构和保守结构域进行预测与分析,结果表明:编码香蕉ACS的基因有14个,14个MaACS蛋白中有5个偏酸性,9个偏碱性,MaACS基因家族编码的氨基酸的范围在422~684 aa,编码的蛋白相对分子量介于47 244.6~75 564.7 Da之间。所有MaACS蛋白为亲水性蛋白,3个MaACS蛋白为稳定蛋白;香蕉MaACS家族分4个亚家族,基因家族外显子最少含有4个,最多的含有9个外显子。     

香蕉SPS基因家族的系统进化分析

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)是调控蔗糖合成途径的关键酶之一,SPS受SPS基因家族编码。本研究基于香蕉基因组数据库,鉴定出3个香蕉SPS基因,分布在4、6、9号染色体上,命名为MaSPS1～MaSPS3基因,其蛋白氨基酸数目在1 043～1 061 aa之间,分子量介于116.36～118.89 kD之间,理论等电点在5.86～6.33之间,均为不稳定的亲水性蛋白,都不存在信号肽,蛋白二级结构都主要由α-螺旋和无规则卷曲组成。Ma SPS1和MaSPS2蛋白主要分布于细胞质,而MaSPS3蛋白主要分布于细胞核,都不存在跨膜结构区。3个MaSPS基因外显子和内含子数量分别为13～14和12～13。3个MaSPS蛋白均有10个相同基序,且都具有糖基转移酶结构域、蔗糖合成酶结构域和蔗糖-6-磷酸磷酸水解酶等3个保守区域。进化树分析发现MaSPS1和Ma SPS3聚类到A亚家族,MaSPS2被聚类到C亚家族。研究结果将为深入研究MaSPS基因的功能及调控香蕉果实发育和成熟过程中糖代谢奠定基础。     

甜瓜MADS-box基因家族的鉴定及系统进化分析

中国是甜瓜的主要生产国家，种植面积和产量都位于世界首位。本研究通过全基因组分析鉴定了甜瓜MADS-box基因家族成员，分析甜瓜MADS-box基因家族成员的染色体定位、多重序列比对、motif分布和外显子-内含子结构分布，以及对其成员进行进化及表达分析，并分析启动子区的顺式作用元件分布。结果显示，从甜瓜全基因组数据库中共鉴定了45个甜瓜MADS-box基因，其中Ⅰ型基因11个，Ⅱ型基因34个；通过系统发育分析，Ⅰ型基因主要分布于Mβ和Mγ亚家族中；Ⅱ型基因则分布于13个亚家族；Ⅰ型基因与Ⅱ型基因的motif分布和外显子个数区别明显，但同型基因区别不大；对CmMADS-box基因家族全生理期表达量进行可视化分析并进行了共线性分析；根据启动子区的顺式作用元件分布情况，推测CmMADS-box基因可能响应多种外界胁迫，即具有功能多样性。该研究结果为探究甜瓜MADS-box基因家族生物学功能提供参考。     

甘薯Sporamin基因家族的结构特征及系统进化分析

Sporamin基因编码的特异贮存蛋白约占甘薯块根中蛋白总量的80%,是甘薯作物特性的重要氨基酸来源。Sporamin基因与编码KTI(Kunitz-type trypsin inhibitors)型大豆胰蛋白酶抑制剂的基因具有同源性,其蛋白产物具有胰蛋白酶抑制活性和肿瘤抑制活性。本研究鉴定了甘薯基因组中的Sporamin基因,预测并分析其在基因结构上的特征,并将此结构特征与Sporamin基因系统进化关联分析。研究鉴定发现普通甘薯(6X)具有极少的Sporamin基因,这可能是单倍型拼接的冗余或错误导致。全基因组加倍及共线性的关联分析发现,WGT和串联重复是Sporamin基因大量扩增的最主要因素,同时依赖基因丢失进行遗传资源的平衡控制。系统进化分析揭示了不同甘薯Sporamin基因的亲缘关系及进化速率差异,还发现较少比例的WGT重复基因可能导致Sporamin基因进化速率的加快。特异性基因表达分析发现部分持续高表达的Sporamin基因,蛋白互作分析发现部分Sporamin蛋白的可能作用通路。研究为甘薯Sporamin基因在分子生物学、遗传改良等领域的后续研究提供了数据材料,具有重要的参考价值与指导意义。     

芒果MDS家族基因的鉴定、进化及表达分析

2-C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MDS)是MEP代谢途径中的关键酶.为了鉴定芒果中的MDS家族基因,探索MDS家族基因的进化、表达模式.本研究采用同源搜索的方法,从13个植物基因组中下载了16个MDS家族基因,对其进行了蛋白结构域、系统发育及在芒果中的表达分析.蛋白结构域分析结果显示,芒果MDS家族...     

芒果HMGR家族基因的鉴定、系统进化和表达分析

羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)是甲羟戊酸(MVA)途径的第一个限速酶。为了探索HMGR家族基因在芒果中的作用,本研究鉴定了芒果HMGR家族基因,并对HMGR家族基因的理化性质、系统发育及在芒果中的表达量进行了分析。结果显示,芒果HMGR家族蛋白序列均包含完整的HMG-CoA_red结构域,且HMGR家族蛋白均为疏水性蛋白。系统发育树显示,HMGR家族基因是从苔藓植物开始形成的,且芒果HMGR家族基因均聚在双子叶植物的分支,与物种进化历程一致。HMGR家族基因在芒果品种‘贵妃’和‘台农’成熟果果肉中的表达量结果显示,Mi15g11840.1和Mi19g11720.1基因在‘贵妃’中的表达量显著高于‘台农’,Mi18g12500.1基因在‘贵妃’中的表达量显著低于‘台农’,而Mi04g11220.1基因在两个品种中的表达量差异不显著。本研究为进一步研究芒果HMGR家族基因在MVA途径中的作用提供了科学依据。     

叶用莴苣NAC基因家族的鉴定与热胁迫表达分析

NAC基因家族是植物特有的一类转录因子家族,在植物响应高温等非生物逆境胁迫中发挥重要作用。本研究通过对叶用莴苣基因组数据库进行查询鉴定,共有99个LsNAC基因,编码NAC蛋白161个。LsNAC基因在1号到9号染色体上均有分布,2个LsNAC基因未能定位在染色体上,其中6号染色体上编码的基因最多,8号染色体上编码的基因最少。叶用莴苣NAC蛋白有着相似的motif组成,分析表明,NAC总共有9个保守的motif,前8个motif分布在保守的N端,只有第9个motif位于序列不保守的C端,而且第9个motif仅存在于9个Ls NAC蛋白中。LsNAC基因的重复性鉴定分析表明,7对为片段重复基因,6对为串联重复基因。系统进化分析表明Ls NACs可以分为6个亚家族,通过对叶用莴苣热胁迫下的转录组数据进行分析,鉴定出13个对热胁迫响应的LsNAC基因,这些LsNAC基因在除第六亚家族之外,在其他五个家族中均有分布,其中第三个亚家族含有的热响应基因最多(4个LsNAC基因),RT-qPCR实时荧光定量分析进一步验证表明10个NAC基因在耐热材料中上调表达,3个下调表达。本研究为今后LsNAC基因在叶用莴苣中的耐热机理研究和相关抗逆育种提供了重要的理论基础。     

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。     

番茄GeBP转录因子家族的鉴定及其进化和表达分析

利用生物信息学方法,在番茄全基因组范围内筛选出10个Ge BP基因,并从基因的分子量、等电点、与拟南芥同源基因的系统发育关系、基因结构、染色体的位置分布、番茄不同组织和果实不同发育时期基因的表达谱等方面进行该基因家族特征分析。通过系统发育关系和序列相似性将拟南芥和番茄Ge BP基因家族26个基因分为4类,分别有10个、7个、5个和4个基因。通过分析番茄Ge BP家族成员染色体分布,发现这些基因分布于4条染色体上。番茄2号和7号染色体上分别分布有4个Ge BP,1号和5号染色体上各分布1个基因。该家族成员基因结构相对简单,仅有2个成员含有内含子。通过对Ge BP转录因子家族的基因表达分析发现,不同基因的在番茄不同组织和果实发育阶段的表达具有特异性。该研究为进一步研究Ge BP在番茄发育中的角色奠定了理论基础。     

梭梭NAC家族基因转录组鉴定及干旱和盐胁迫下的表达分析

NAC转录因子在超旱生C4植物梭梭中的成员数量、序列结构特征及调控形态建成和应答生物、非生物胁迫等过程的分子机理亟待明确。本研究以模式植物NAC基因为种子序列,在已有的梭梭转录组测序数据中比对并发掘可能编码NAC的转录本,利用生物信息学方法预测梭梭NAC家族成员基因结构、保守结构域、亚细胞定位等信息,分析梭梭和模式植物NAC基因家族的进化关系。采用实时荧光定量PCR技术检测Ha NACs在模拟干旱及盐胁迫下的表达规律。本研究共鉴定得到49个梭梭NAC家族成员;21个编码150个以上氨基酸的unigene中17个具有NAM结构域,预测等电点在4.51~9.47之间,15个Ha NACs蛋白预测定位在细胞核中,N端序列中包含与模式植物类似的5个亚结构域和核定位信号序列;NAM/CUC3、SENU5、TIP、NAP、ATAF和TERN组均包含与之进化关系较近的Ha NACs。干旱和盐胁迫处理下,21个Ha NACs的表达模式具有多样性,表达量间具有显著差异性,暗示着它们可能与盐和干旱胁迫应答过程相关。研究结果表明,梭梭NAC家族基因的序列结构具有较高的保守性,家族成员在应答、调节干旱和盐胁迫等方面表现出多样性。本研究为解析梭梭NAC基因的功能提供了基础数据。     

番茄NAC转录因子SlNAC80的克隆及表达分析

为进一步明确该基因的分子特征及表达特性,通过RT-PCR从番茄中克隆了低温响应NAC转录因子SlNAC80,该基因开放阅读框1 023 bp,编码340个氨基酸。Sl NAC80蛋白相对分子量为38.19 k Da,等电点为5.27,N-端具有典型的NAC保守结构域,包含A、B、C、D、E 5个亚结构域。实时荧光定量PCR(q PCR)分析表明,Sl NAC80在番茄各组织中均有表达,以在绿果和衰老叶中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。对启动子区序列进行预测分析发现,Sl NAC80启动子区含有许多响应激素(ABA、GA、SA及ETH)和逆境(低温、脱水及盐胁迫)的顺式作用元件,如ERELEE4、GARE1OSREP1、LTRE1HVBLT49、GT1GMSCAM4、MYB1AT、MYCATERD1、MYCATRD22、WBOXNTERF3及WRKY71OS等。q PCR分析结果也证实该基因的表达受低温、干旱、高盐、甲基紫精、ABA及乙烯处理诱导。这些结果表明,Sl NAC80可能在番茄非生物逆境应答中发挥重要调控作用。     

番茄SBP基因家族的全基因组鉴定、结构特征及表达分析

SBP基因家族是植物中一类特有的转录因子家族,广泛参与植物的生长发育以及各种生理生化反应的信号传导。为了揭示番茄SBP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄SBP转录因子家族,分析其结构特征,系统发育关系以及表达模式。结果表明,番茄全基因组共编码17个SBP转录因子成员,分布在8条染色体上;系统发育关系表明SBP基因家族的结构特征变异发生在番茄、拟南芥和水稻分化之前;且它们在番茄、拟南芥和水稻中按照物种特异性的方式进行了扩张。不同芯片分析发现,SlSBP03基因在番茄叶片、子叶和下胚轴中表达量较高,SlSBP13基因果肉中表达量较高,这两个基因在果皮和根中表达量都较低;在大多数非生物胁迫处理条件下,SlSBP11、SlSBP13和SlSBP16的表达量均较低;而SlSBP01基因在干旱和热处理条件下有较高的表达量。     

植物鸟氨酸脱羧酶家族基因鉴定及进化分析

精氨酸脱羧酶(ADC)和鸟氨酸脱羧酶(ODC)共同负责腐胺的合成,而烟草等茄科植物中,因为腐胺是尼古丁的前体,ADC、ODC对于尼古丁合成具有特殊意义。为系统梳理ODC和ADC在植物基因组中的状况,我们对其基因进行了全面的鉴定和进化分析,并重点考察了其在茄科植物番茄中的表达。首先,我们从已阐明功能的ADC和ODC蛋白序列中,均鉴定了两个保守结构域;在此基础上,结合HMMER和BLAST,从10个植物基因组中共鉴定得到了46个鸟氨酸脱羧酶家族基因。对其构建进化树,发现它们分成3个亚家族:ODC、ADC和DapDc;这些基因均为脱羧酶基因。人类和酵母基因均聚在ODC这一枝,表明ODC在本家族中进化最早。拟南芥和苔藓中均不存在ODC基因,表明此基因在这两个植物基因组中发生了丢失。ADC基因在植物登陆后才得以进化形成。DapDc基因数目极为保守,表明它在植物进化过程中受到了严格的控制。     

番茄WRKY基因家族的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对番茄WRKY转录因子家族成员、理化性质、基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测。从番茄WRKY转录因子家族分类及进化结果显示,番茄Sl WRKY家族包含81个成员,按其WRKY结构域及锌指结构分为3族,第二族按其氨基酸顺序又可以分为5个亚族。染色体定位结果显示,除番茄的11号染色体没有WRKY转录因子,其他染色体上均有分布。基因结构分析表明,仅Sl WRKY19、Sl WRKY20家族成员不含内含子,其他成员都含有2~5个内含子。保守域分析表明,番茄WRKY结构域是高度保守的,仅有10个WRKYGQK发生了变异,占WRKY家族的10%。     

辣椒疫病抗性相关NAC基因的鉴定及表达分析

利用辣椒接种疫霉菌前后的转录组测序数据库,筛选到32个与植物NAC转录因子蛋白一致性较高的Unigene序列,比对辣椒全基因组数据库,获得21个NAC转录因子基因的完整CDS序列,NAC编码的蛋白在161~719个氨基酸范围内,平均氨基酸数量为344个。系统进化分析表明,这21个NAC转录因子均含有典型的NAC结构域,其中18个基因属于GroupⅠ,可进一步细分为11个亚类,另外3个基因属于GroupⅡ。基因表达分析结果表明,这21个NAC基因均受辣椒疫霉菌诱导表达,其中5个基因表达强烈,接种后在抗、感基因池中表达量均超过10倍以上。研究结果为进一步深入开展NAC基因在辣椒疫病抗性中功能分析和分子育种提供了科学的依据。     

SiASRs家族基因的鉴定及表达分析

ASR蛋白是植物特有的一类蛋白,是参与并提高植物抗旱性和耐盐性过程中非常重要的蛋白之一。利用生物信息学方法,对8个谷子SiASRs家族基因编码的蛋白进行理化性质的分析、启动子的分析和系统进化树构建等,并结合qRT-PCR进行10% PEG-6000和150mmol/L NaCl胁迫下的表达分析。结果表明,谷子SiASRs家族的8个基因编码的蛋白都包含典型的ABA/WDS结构,该基因家族编码的蛋白质都不具有信号肽。系统发育树分析结果表明,在遗传进化上谷子与柳枝稷亲缘关系较近,与双子叶的番茄和大豆ASR蛋白的亲缘关系较远。PEG胁迫下基因的表达分析显示,8个SiASRs基因在受到PEG胁迫诱导后在根、茎、叶中表达量差异显著。NaCl胁迫下基因的表达分析结果显示,8个ASR基因对NaCl胁迫的响应主要在叶中体现,整体呈上调表达趋势;8个ASR基因在茎中表达变化较为稳定;在根部主要由ASR1、ASR2、ASR4、ASR5、ASR6参与NaCl胁迫响应,均为上调表达。     

甜菜MADS-box家族基因的全基因组鉴定及进化分析

为了进一步了解MADS-box家族基因的功能,利用生物信息学的手段,首次对甜菜MADS-box基因进行了全基因组的鉴定,并对其染色体定位、系统发生关系、基因结构、保守元件、表达模式以及蛋白功能联系进行预测和分析。结果表明,甜菜MADS-box基因共34个成员,其中,typeⅠ成员7个和typeⅡ成员27个,typeⅠ进一步分为Mα(3)、Mβ(1)、Mγ(3)3个组;typeⅡ进一步分为MIKCC(22)和MIKC*(5)2个组,MIKCC组可进一步分为AG(2)、AGL12(2)、AP3-PI(4)、Bs(2)、SOC1(1)、SVP(1)、SEP(3)、AGL17(5)、AP1-FUL(1)和FLC(1)10个亚组。MADS-box家族基因在染色体上呈不均匀分布,同一染色体上的基因簇状分布,其中,第6号染色体上分布最多,在第7号染色体上没有分布。甜菜MADS-box家族基因虽然基因结构差别较大,但蛋白序列相对保守。基因表达谱显示,大部分MADS-box基因优势表达于分生组织,部分MADS-box基因在种子、直根、幼叶等组织亦有较高表达。部分MADS-box基因响应盐、热胁迫轻微上调,可能参与甜菜逆境生理调控。     

番茄JAZ家族生物信息学及表达模式分析

为明确番茄JAZ家族成员的特征,本研究以番茄JAZ家族基因为研究对象,对该家族成员的进化、复制、理化性质、表达模式等进行分析。结果显示,SlJAZs主要分布在番茄的7条染色体上,SlJAZ9、SlJAZ10和SlJAZ11可能在Chr.8上形成串联重复事件。SlJAZs基因结构分析结果显示,内含子数目变异比较大,位于1 (SlJAZ2)～14 (Sl JAZ12)之间。启动子分析结果表明,13个SlJAZs基因启动子顺式作用元件种类和数量存在差异,推测其各自的功能也存在差异。组织表达模式分析表明,SlJAZs基因在番茄在根、茎、叶、花、果间存在不同的表达特性。其中,SlJAZ2、SlJAZ4、SlJAZ6、SlJAZ7、SlJAZ8、SlJAZ11、SlJAZ12、SlJAZ13在花中表达量相对较高;SlJAZ5在根中表达量相对较高;Sl JAZ10在叶片和果中表达相对较高;SlJAZ11在叶片中表达量相对较低,说明SlJAZs基因可能在番茄发育的各个阶段发挥重要作用,本研究为进一步鉴定番茄JAZ的功能提供了参考。