三个胡杨SnRK基因的克隆和序列分析

蔗糖非依赖1蛋白激酶(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase,Sn RK)是广泛存在于植物中的一类Ser/Thr蛋白激酶,参与各种胁迫信号传导通路,对植物抵御不良环境起到重要作用。本研究根据胡杨转录组测序结果克隆出了三条Sn RK基因,进行序列对比和系统进化分析预测其基因功能。结果显示这三个胡杨Sn RK基因属于Sn RK2家族成员,三个胡杨Sn RK基因又与AtSnRK2.2、AtSnRK2.3、AtSnRK2.6序列相似性较高,可能在逆境应答过程中具有重要功能。胡杨Sn RK的功能预测和分析,将为进一步研究林木非生物逆境胁迫响应机制奠定基础。     

雪菜BjSnRK2E基因的克隆及表达分析

环境胁迫是造成作物品质和产量损失的重要因子。Sn RK2家族基因编码植物体内一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是影响植物抗逆境胁迫能力的关键调控基因。采用电子克隆与RT-PCR相结合的技术,从雪菜(Brassica juncea Coss.Var.Multiceps Tsen et Lee)克隆了一个Sn RK2基因,命名为Bj Sn RK2E(Gen Bank登录号为MF423121)。序列分析显示,该基因全长1 218 bp,编码区为1 089 bp,编码362个氨基酸。Scan Prosite预测显示,Bj Sn RK2E蛋白包含一个ATP结合位点和一个丝氨酸/苏氨酸激酶结构域。多序列比对和进化树分析表明,Bj Sn RK2E蛋白与其他植物的Sn RK2蛋白分享较高的相似性,与拟南芥的At Sn RK2.6和马铃薯St Sn RK2.3蛋白亲缘关系最近,处在同一进化分枝。实时定量RT-PCR检测结果显示,Bj Sn RK2E基因在根部的表达量最高,其次是茎,叶片的表达量最低;Bj Sn RK2E基因积极参与高盐、干旱和ABA胁迫应答反应,推测该基因功能与植物抗逆境胁迫有关。     

小桐子bZIP转录因子的全基因组鉴定及表达分析

为明确小桐子bZIP转录因子家族的结构特征以及其在植物响应生物与非生物胁迫中的作用,利用生物信息学方法,从全基因组水平鉴定小桐子bZIP转录因子家族,并对其基因结构、进化关系、染色体定位、共线性关系及组织与低温表达特性进行分析。结果表明,共鉴定到51个小桐子bZIP基因,系统进化树分析将其分为10个亚族(A-I及S)。基因定位显示,51个小桐子bZIP基因不均匀地分布于11条染色体,其中2号与4号染色体鉴定到基因的串联复制。基因结构分析表明,小桐子bZIP基因包含1～13个外显子,其中,S亚族基因包含1～2个外显子,而G亚族基因包含12～13个外显子。bZIP转录因子主要定位在细胞核,氨基酸数目为113～768个,等电点4.70～10.30。启动子顺式作用元件鉴定发现3～27个响应激素如赤霉素、脱落酸、乙烯及生长素与非生物胁迫如低温、高温及创伤等调控元件。转录组表达分析显示,小桐子bZIP基因具有器官表达特异性,26个bZIP基因在叶片、根及种子中均有表达,其他基因仅在特定器官中表达。同时,鉴定到14个小桐子bZIP基因在低温条件下上调表达。在叶片中,qRT-PCR试验显示JcbZIP3与JcbZIP14表达量在低温处理24 h时上调达到显著水平,与小桐子抗冷性的形成及低温信号转导过程直接相关。研究结果为小桐子bZIP基因的克隆与调控机制研究奠定了基础。     

小桐子HXT基因家族的全基因组鉴定及表达分析

为了进一步理解己糖转运蛋白基因家族的结构特征以及其在植物逆境信号转导过程中的作用,基于小桐子基因组数据,鉴定到15个小桐子己糖转运蛋白基因,并对其基因结构、进化关系、密码子偏性及低温表达特性进行了分析。结果表明,15个小桐子HXT基因聚类为5个亚组,包含2~5个外显子,且在基因上游调控区包含ABA、乙烯、干旱及低温等逆境响应元件。编码蛋白质都富含疏水性氨基酸,具有典型的12个α-螺旋跨膜区。另外,部分小桐子HXT基因存在交叉共线性关系及基因倍增现象,且密码子的第3位碱基偏好使用U或A。荧光定量分析显示,Jc HXT_13L与Jc HXT_C基因在小桐子的各器官中都有表达,其中,Jc HXT_13L在茎中表达量较高,而Jc HXT_C在根中表达量较高,Jc HXT_13L与Jc HXT_C在根与叶片中受低温诱导上调表达明显,与小桐子的抗冷性形成直接相关。为进一步探索小桐子HXT基因的生物学功能及参与小桐子抗冷分子机制奠定了理论基础。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

植物SnRK2基因家族研究进展

蔗糖非依赖1蛋白激酶2(SnRK2)激酶家族,是众多应答渗透压胁迫的蛋白激酶家族之一。本综述主要介绍了SnRK2蛋白激酶家族的研究进展,包括分子结构、活性调控、下游的靶标基因及其生理学功能等。总结了近年来Sn RK在联系植物中特有的代谢和胁迫应答、调控ABA和SOS信号转导途径及ABA依赖的植物生长等方面研究所取得的进展,试图为深入开展植物环境胁迫机制研究提供参考。     

菜用大豆质膜水通道蛋白的干旱表达谱及亚细胞定位分析

PIPs(plasmamembrane intrinsic proteins)是质膜内在蛋白,属于水通道蛋白的一个亚类,因其广泛参与植物逆境胁迫应答过程而备受关注。本研究对大豆GmPIPs基因进行了全基因组分析,主要包括成员鉴定、蛋白特性、保守结构域、进化关系、顺式作用元件、组织表达特性、干旱表达谱以及亚细胞定位分析。结果表明:从全基因组水平共鉴定到22个GmPIPs。多序列比对显示所有GmPIPs基因编码的氨基酸均含有高度保守的特征结构域:6个跨膜螺旋(TM-TM6)和2个氨基酸元件NPA盒(Asp-Pro-Ala box)。进化分析显示大豆GmPIPs主要划分为2个亚家族。顺式作用元件分析显示多数GmPIPs基因上游启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析显示多数GmPIPs基因在各个组织中广泛表达。QRT-PCR分析发现在根中高表达的8个GmPIPs候选基因均受干旱胁迫的诱导表达。其中,GmPIP2;6干旱应答最为明显。进一步的亚细胞定位显示GmPIP2;6蛋白定位在细胞膜上。以上研究结果为后续GmPIPs基因抗旱功能的研究及生产利用提供了理论依据。     

大豆NRG2家族基因的鉴定、特征及表达模式

氮是影响植物生长发育的重要矿质营养元素,硝态氮是大部分植物吸收氮素的主要形式,目前已发现许多基因参与硝态氮的吸收、转运及信号转导过程。硝酸盐调控基因2 (nitrate regulatory gene 2, NRG2)是近年来在拟南芥中鉴定到的与硝酸盐吸收和信号转导相关的基因。本研究采用生物信息学方法,对大豆NRG2家族成员进行全基因组鉴定及表达分析。结果表明：在大豆基因组中共鉴定到30个GmNRG2基因,其编码的蛋白均具有DUF630和DUF632结构域。系统进化分析显示,GmNRG2基因可以聚为7组,且同组的基因成员具有相似的外显子/内含子分布模式。GmNRG2基因不均匀地分布在16条染色体上,片段复制可能导致了GmNRG2基因在大豆基因组中的扩增。GmNRG2各成员启动子区域均存在数量不等的激素或逆境响应元件,表明该家族基因可能参与多种生长发育调节进程。表达模式分析显示,GmNRG2基因具有不同的组织表达特点,5个GmNRG2在干旱或盐胁迫条件下呈现出差异表达。以上结果为深入研究大豆NRG2家族基因的生物学功能提供了一定参考。     

大豆PHD家族蛋白的全基因组鉴定及表达特征分析

PHD（Plant Homeodomain Finger）基因家族编码一类锌指转录因子,广泛参与植物的生长发育和逆境应答过程。通过全基因组鉴定获得了95个大豆PHD家族蛋白。通过共线性分析、进化树构建、基因结构和功能结构域鉴定、GO注释分析、不同组织间和非生物胁迫下表达分析等,获得了大豆PHD家族基因复制、家族进化、保守结构域及基因表达等信息。结果表明,大豆PHD基因在家族进化、基因结构和保守结构域上存在较大变异,可能参与Zn ²⁺结合、DNA结合及表观遗传调控等分子过程,参与调控植物生长发育和逆境应答。这些结果为进一步研究大豆PHD家族在生长发育和逆境应答中的生物学功能提供重要线索。     

玉米SAMS家族基因鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

S-腺苷甲硫氨酸合成酶是植物代谢中的一个关键酶,它催化ATP与甲硫氨酸合成S-腺苷甲硫氨酸。利用生物信息学方法系统分析了玉米基因组中的4个S-腺苷甲硫氨酸合成酶(ZmSAMS)成员的参数特征,结果表明4个ZmSAMS成员参数非常接近。不同物种SAMS序列比对及进化分析显示植物SAMS基因在进化过程中具有非常保守的序列和结构。启动子顺势元件预测和蛋白功能分析显示ZmSAMS基因成员可能参与逆境应答、调控转录调控、信号转导、免疫应答等生理生化过程。随后的Real-time PCR验证了ZmSAMS家族基因成员参与了干旱、高温、低温、盐和ABA等逆境胁迫应答。因此推测玉米ZmSAMS基因可能在玉米的逆境胁迫应答中起一定作用。本研究为进一步阐明玉米ZmSAMS家族基因在逆境应答中的功能、机制提供了有益线索。     

茄科植物Ca~(2+)-ATPase基因家族鉴定及分析

Ca~(2+)是响应发育和环境信号的重要信使,Ca~(2+)-ATPase对植物生长发育和抗逆功能具有重要的作用。本研究以茄科植物栽培番茄、潘那利番茄、马铃薯、烟草和辣椒的Ca~(2+)-ATPase为研究对象,鉴定了五个茄科植物共87个Ca~(2+)-ATPase基因家族成员,基因家族成员在茄科植物进化的过程中数量发生明显变化,但成员数与基因组大小和进化没有线性变化关系,同一物种的基因家族成员分布在多条染色体上。该基因家族中有许多成员具有与生长发育相关和抗逆功能相关的顺式作用元件,与抗逆功能相关的顺式作用元件主要存在于ACA亚家族。在番茄中,SLyACA1在冷胁迫和盐胁迫的逆境条件下均表达效果强烈、上调变化明显,SLyACA5和SLyACA6也在两种逆境条件下都产生表达变化,说明这三个基因特别是SLyACA1基因和冷胁迫和盐胁迫相关。本研究为阐明Ca~(2+)-ATPase基因家族在茄科物种中的进化及其功能提供了理论依据。     

白桦SAUR基因家族鉴定及生物信息学分析

SAUR基因家族作为植物生长素早期响应基因家族中最大的一个家族,参与到植物细胞伸长、果实发育、胁迫应答等多个生物学过程。本研究基于白桦全基因组数据,对白桦SAUR基因家族进行鉴定和生物信息学分析。结果表明,白桦共有61个SAUR家族基因,这些基因不均匀分布在14条染色体上,理化性质分析表明,大部分BpSAUR蛋白呈碱性,为不稳定蛋白,脂溶性系数较高,为亲水性;系统进化和基因结构分析表明,61个白桦SAUR基因被分为4类(GroupⅠ～GroupⅣ),其中GroupⅣ中BpSAUR基因最多,同一分类的BpSAUR基因更倾向于在染色体上聚集分布,大部分白桦SAUR家族基因为无内含子或少内含子基因。白桦SAUR家族基因启动子还拥有多个光响应、激素响应元件与逆境胁迫作用元件,说明其可能参与白桦生长发育及胁迫应答等多个生物学过程。该家族基因在白桦的不同组织部位和不同发育阶段的表达量也不同,主要在幼茎、成熟茎和成熟叶中集中表达。本研究通过对白桦SAUR基因家族进行深入分析,以期为白桦分子育种奠定良好基础。     

小麦及其祖先物种GRF转录因子家族鉴定与表达分析

生长调控因子(growth-regulating factor, GRF)在植物的生长发育、逆境响应和激素信号转导中起着重要的调控作用。系统分析小麦及其祖先物种GRF转录因子家族成员在基因组上的分布、结构、进化以及表达特性,对于深入研究GRF家族的生物学功能和小麦的进化具有重要的意义。本研究利用生物信息学方法,对乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦5个物种的GRF成员进行全基因组鉴定,并对其理化性质、系统发育关系、基因结构、启动子顺式作用元件以及表达特性进行了分析。结果表明,乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、栽培二粒小麦和普通小麦中分别有15、12、19、29和53个GRF成员,通过种间共线性分析发现,TtGRFs分别有18个和29个成员与TuGRFs和AesGRFs具有共线性, TaGRFs分别有36个和37个成员与TtGRFs和AetGRFs具有共线性。启动子顺式作用元件预测发现GRF基因具有基本的转录元件以及一些与生长发育和逆境响应的结合元件。RT-qPCR分析表明,多数GRF基因在外源IAA、GA和干旱胁迫条件下呈上调表达趋势,而在高温胁迫条...     

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。     

马铃薯PIF家族成员鉴定及其对高温胁迫的响应分析

植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factors,PIFs)属于碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)转录因子家族,通过将光和温度等外部环境信号与植物体内源信号途径相整合,进而形成复杂的信号转导网络来精密调控植物的生长发育进程。目前,关于马铃薯PIF家族基因的研究较少,鉴定和分析StPIF家族成员有助于进一步提高马铃薯的产量和品质。本研究运用生物信息学方法,以拟南芥PIF家族成员蛋白序列作为源序列,通过在马铃薯基因组数据库中进行BlastP分析鉴定出7个StPIFs家族成员,并对其进行系统进化、染色体分布、复制事件、蛋白理化性质、基因结构、Motif预测、启动子顺式作用元件、基因表达模式以及对高温胁迫的响应分析。结果显示,StPIF家族所有成员均含有Motif 1 (bHLH结构域)、Motif 2 (APB结构域)基序;在StPIF基因的启动子区域预测到多个参与光响应、激素、干旱、低温、昼夜节律以及防御和应激反应调控元件;基因表达模式和现蕾期高温胁迫响应分析表明,家族成员具有明显的组织表达特异性,基因存在功能...     

水稻CNGCs家族的鉴定及非生物胁迫诱导表达模式分析

为了解水稻CNGCs家族成员的基因结构、进化特征、亚细胞定位、启动子顺式作用元件和生物学功能,本研究利用生物信息学的手段对水稻CNGCs家族进行鉴定,运用RT-qPCR的方法分析OsCNGCs在非生物胁迫下的诱导表达模式。结果表明,水稻共有16个CNGCs,分布在1、2、3、4、5、6、9和12号染色体上。进化树分析显示OsCNGCs可分为4个大组(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ),而Ⅳ组可以细分为Ⅳ-A和Ⅳ-B 2个亚组。OsCNGCs启动子区域存在多种顺式调控元件,包括各种类型的光响应元件、厌氧诱导响应元件、逆境相关转录因子结合元件、防御和逆境响应元件、低温响应元件以及各种植物激素响应元件等,暗示OsCNGCs在响应多种激素和非生物胁迫中可能存在重要调控作用。多种非生物胁迫诱导表达分析表明,大多数OsCNGCs基因表现出明显的差异表达。本研究为解析CNGCs家族基因在水稻应对非生物胁迫中的功能提供了参考。     

玉米转录因子NF-YB基因家族的生物信息学分析

为揭示玉米NF-YB基因家族的功能,本研究利用生物信息学手段,鉴定了玉米NF-YB基因家族,并系统的分析了该基因家族各蛋白的理化性质、基因的染色体定位、保守结构域、基因结构、系统进化、磷酸化位点、启动子和基因组织表达。结果表明:玉米基因组中含有21个NF-YB基因,所编码的蛋白质均位于细胞核,且不含有跨膜结构。这些基因不均匀地分布于玉米的9条染色体上,均含有高度保守的结构域CBFD_NFYB_HMF,系统进化分析将其分为3类。磷酸化位点分析表明,玉米NF-YB家族存在着大量的磷酸化位点。启动子分析表明,基因家族启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。组织表达分析发现,至少有18个基因可以进行表达,其中有5个基因表现出组织特异性,不同基因在不同组织、不同时期的表达具有时序性。玉米NF-YB基因家族核心结构域的保守性、基因功能的分化、启动子序列中的大量逆境相关元件、基因表达的差异性,可能都是玉米更好调控自身生长发育和适应逆境的结果。研究结果为进一步解析玉米NF-YB基因家族的功能提供参考。     

基于基因组鉴定小桐子Dof转录因子家族及其表达分析

Dof蛋白是植物特有的C2-C2型锌指蛋白类转录因子,在植物碳氮代谢、次生物质合成、种子萌发及抗逆性等方面发挥重要作用。为全面解析小桐子Dof基因的特征,本研究基于小桐子基因组数据,对Dof基因家族进行了鉴定,并对其系统进化、基因结构、保守结构域及差异表达特性等进行了分析。结果表明,在小桐子基因组中共鉴定到24个Dof基因,GSDS基因结构分析显示都包含1(9个)或2(15个)个外显子,聚类分析结果将24个小桐子Dof蛋白分属于4个亚族及7个亚组,其中,有16个(66.7%)Dof蛋白的等电点偏碱性。荧光定量表达分析显示,JcDof1.4L与JcDof5.4L分别在茎与根中高表达,且两者都属于低温诱导表达基因,分别在低温胁迫3 h与24 h达到最大表达量,较对照分别提高4.06倍、8.96倍(p0.01)。本研究结果为进一步开展小桐子Dof基因的克隆与功能鉴定提供了依据。     

大豆NF-YB家族全基因组鉴定、分类和表达

利用大豆基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定大豆NF-YB家族基因的全序列、定位和拷贝数,通过序列比对进行进化和分类分析。利用大豆高通量RNA测序数据、NCBI中UniGene的EST表达数据进行组织表达谱分析。结果表明,大豆基因组中含有28个NF-YB家族基因,分布于大豆的14条染色体上,系统进化树分析将其分成3类。启动子分析表明,几乎全部NF-YB家族基因的启动子区均含有逆境应答反应顺式作用元件。各个发育阶段中,多数成员至少在一个组织中表达,10个差异表达的基因中有2个在根瘤中特异表达,2个在根中特异表达,2个在根瘤中优势表达,另外4个在其他部位优势表达。研究结果促进了NF-YB家族基因的功能研究与利用。     

谷子MAPK家族成员的鉴定及其对生物胁迫的响应分析

MAPK在植物的生长发育调节、生物和非生物胁迫反应、激素信号转导中具有重要作用。系统分析谷子SiMPKs基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同胁迫的表达特性,对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用谷子和水稻MAPK蛋白保守结构域及特异TXY基序的氨基酸序列在全基因组水平鉴定了谷子SiMPKs家族成员,分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、蛋白质保守基序、启动子顺式作用元件及共线性等。利用荧光定量PCR技术,分析了谷子SiMPKs在不同组织部位和谷锈菌、玉米螟病虫害生物胁迫以及不同激素处理下的表达模式。结果显示,共鉴定到15个谷子SiMPK成员,其编码的蛋白质含有220～611个氨基酸,相对分子量范围25.77～69.63 kD,等电点范围5.46～9.34。系统进化分析表明, SiMPK基因分为4组, A、B、C组包含TEY基序,D组包含TDY基序。SiMPK基因分布在1号、3号、4号、5号、8号和9号染色体上,含有3～11个外显子,所有SiMPK蛋白均含有motif1与motif2。上游2000bp启动子区域预测到多个与胁迫、激素和植物生长发育等相关的...