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。     

野菊花GRF基因家族的鉴定和生物信息学分析

运用生物信息学对野菊花中植物生长调控因子(Growth Regulation Factors,GRF)基因家族成员的一些基本理化性质、蛋白质的亚细胞定位、进化树的构建、基因结构、保守结构域和保守基序、潜在磷酸化修饰位点以及蛋白质二级结构进行分析发现,野菊花GRF蛋白家族多数成员氨基酸数量相差不大,15个家族成员亚细胞定位均在细胞核。通过进化树构建、基因结构和保守基序、保守结构域分析发现,QLQ和WRC这两个结构域在大部分家族成员中存在,且亲缘关系相近的GRF家族成员所含有的保守基序也十分相似。     

‘海尔特兹’红树莓果实发育过程中NLPs(NIN-like proteins)转录因子家族的生物信息学分析

为探究‘海尔特兹’红树莓中NLPs(NIN-like proteins)转录因子家族成员的基本特征和表达模式，本研究利用生物信息学技术对‘海尔特兹’红树莓4个发育时期（青果、黄果、红果、深红果）果实的NLP基因家族成员进行分析。结果表明：红树莓中3个NLPs转录因子都含有RWP-RK结构域，其中RuNLP1和RuNLP2的保守基序相同；红树莓的NLPs转录因子家族成员与野草莓和月季的NLPs转录因子家族进化关系最近，且NLPs基因家族的基因扩增发生在单子叶植物和双子叶植物祖先分化之前；RuNLP1和RuNLP2为酸性不稳定的亲水性蛋白质，而RuNLP3为碱性不稳定的亲水性蛋白质；三者都不含信号肽和跨膜结构；RuNLP1和RuNLP2蛋白质均定位于细胞核，而RuNLP3定位于细胞核和叶绿体；二级结构的预测结果显示，结构占比均以无规卷曲为主，α螺旋次之，与三级结构预测结果基本一致，结果较为可靠；RuNLPs转录因子家族成员之间不存在互作现象；RuNLPs基因家族3个成员的表达量随果实逐渐成熟均减少。本研究为RuNLPs转录因子家族在红树莓果实发育过程中的分子机制提供了理论基础。     

异常棉NF-YA家族基因鉴定及其在干旱胁迫下的表达分析

NF-YA转录因子在植物生长发育和逆境响应中扮演重要角色。本研究通过生物信息学手段，分析棉花二倍体野生种异常棉基因组中NF-YA家族基因的数目、染色体分布、系统进化、保守基序、结构、顺式作用元件、表达模式及编码蛋白质的亚细胞定位、理化性质等。结果表明，异常棉NF-YA基因家族(GoanoNF-YA)包含17个成员，分布在10条染色体上，编码的蛋白质长度为190～603个氨基酸，理论等电点为7.87～10.07,16个成员包含3～5个外显子且编码的蛋白质定位于细胞核。拟南芥和异常棉NF-YA基因在系统进化树上分为6类，每类基因在系统进化树上具有相同或相似类型和排列顺序的基序。5个NF-YA基因在异常棉根、茎、叶和花中广泛表达，15个NF-YA基因对干旱持续时间有不同程度的响应，11个NF-YA基因含有干旱响应顺式作用元件MBS。本研究结果为进一步解析异常棉NF-YA家族基因的功能提供了理论依据。     

桂花OfACOs基因家族鉴定及表达分析

【目的】对桂花Osmanthus fragrans乙烯合成路径氨基环丙烷羧酸氧化酶(1-aminocyclopropane-1-carbox-ylate oxidase, ACO)基因家族进行了全基因组鉴定及表达分析,以探索参与桂花花瓣乙烯合成的关键ACO家族成员。【方法】以桂花品种‘柳叶金桂’O. fragrans‘Liuye Jingui’为参考基因组,对桂花OfACOs家族进行鉴定、进化分析、基因结构分析以及根、茎、叶、芽和不同开花阶段的表达模式分析。【结果】通过蛋白保守结构域(protein families,pfam)分析,从桂花基因组中共鉴定出了122个OfACOs成员,分布于22条染色体上;保守基序分析表明：大多数OfACOs基因同时包含Motif 1、 Motif 2、Motif 3、Motif 4和Motif 7这5个保守基序,它们共同组成OfACOs保守结构域;共线性分析结果表明：与拟南芥Arabidopsis thaliana基因为共线性对的基因可能具有相似的功能。结合swiss-prot同源序列对比分析,筛选出27个成员作为候选研究对象,进行不同组织部位根、茎、...     

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...     

陆地棉GhCEF-G基因家族鉴定及在种子萌发中的功能分析

延伸因子G(EF-G)是蛋白质生物合成过程中肽链延长必需的调节因子之一，对叶绿体编码蛋白的翻译至关重要。本研究以陆地棉‘新陆早28号’基因组数据为参考，运用生物信息学对GhCEF-G家族成员的染色体定位、基因结构、保守结构域和顺式元件进行了分析，并基于前期关于种子萌发性状的GWAS分析，从陆地棉鉴定并克隆得到叶绿体延伸因子GhCEF-G06基因。结果显示，陆地棉GhCEF-G基因家族包含19个成员，其编码区由2～21个外显子组成，编码蛋白含有6个保守基序，保守性较强；GhCEF-G基因上游2 kb序列中存在激素及逆境胁迫响应等顺式作用元件。GhCEF-G06基因开放阅读框全长2352 bp，编码783个氨基酸，蛋白的分子量为86.31 kD，理论等电点为5.54，属亲水性氨基酸；转录组数据的基因表达量热图显示，GhCEF-G06基因在吸胀后种子的子叶和根中高表达；qRT-PCR分析表明，GhCEF-G06基因在‘新陆早28号’种子吸胀时期的表达量较高。进化关系分析表明，GhCEF-G06氨基酸序列与同为锦葵科的木槿氨基酸序列相似性最高，其次是锦葵目的榴莲与可可。GhCEF-G06基因过...     

石榴蔗糖代谢相关酶SPS和INV基因家族鉴定与表达分析

蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖转化酶(INV)是蔗糖代谢的关键调控酶,在植物生长发育过程中起重要作用。本研究利用生物信息学和荧光定量PCR等分子手段,鉴定石榴SPS和INV基因家族成员,分析其理化性质、保守结构域、保守基序、二级结构、亚细胞定位、系统进化关系和表达模式。结果表明,从石榴基因组中鉴定出4个SPS基因和11个INV基因,其编码蛋白均为不稳定蛋白,具有典型的保守结构域,家族成员间特征motif数量和种类大致相同,蛋白结构高度保守;这些蛋白不均匀地分布在染色体上,均定位于叶绿体中,二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲组成。石榴SPS和INV基因家族成员间存在不同程度的亲缘关系,与巨桉同源性较高;不同SPS和INV基因在石榴果实不同发育时期的表达模式存在差异,PgINV3在9月15日(果实增大期)表达水平最高,显著高于其他时期。本研究结果对解析石榴果实中蔗糖代谢的分子机理具有重要意义。     

谷子NF-YB基因家族的鉴定与生物信息学分析

为进一步明确谷子NF-YB基因家族结构的功能,研究利用生物信息学分析了谷子NF-YB基因家族的数目、染色体分布、进化关系、保守基序、保守结构域及组织表达情况。结果表明,在谷子中共鉴定出16个NF-YB基因,谷子NF-YB基因家族在染色体上呈不均匀分布;大多数亲缘关系较近的谷子NF-YB基因家族成员的外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域较为相似,且NF-YB基因家族不同成员在谷子不同组织中的表达量存在显著差异。研究结果可为进一步探索NF-YB基因家族的功能奠定理论基础。     

大豆GmANKTM家族非生物胁迫生物信息学分析

ANKTM(Ankyrin repeats transmembrane)蛋白属锚蛋白超家族,包含ANK基序和跨膜结构域,在非生物胁迫、生物胁迫、诱发衰老中起重要作用。为了解大豆ANKTM (Ankyrin repeats transmembrane)家族成员及其胁迫响应规律,利用生物信息学和q-PCR方法研究大豆ANKTM家族成员。结果表明,从大豆中鉴定出62个ANKTM家族基因,分为5个亚家族。该家族编码蛋白含346～1 039个氨基酸,分子质量为37.88～114.83 ku,等电点(pI)为4.46～9.61。分析蛋白结构域发现,GmANKTM家族含ANK基序和跨膜结构域,58个基因含PGG结构域,此外还含ACBP、SBP、DHHC、G-PCR等其他结构域。除ANK基序、跨膜结构域和PGG结构域外其他结构域主要集中在第5亚家族。其余亚家族结构域分布位置和数量相近。启动子区域顺式元件分析发现,GmANKTM家族基因含光响应元件、激素响应相关元件和逆境响应相关元件。组织分析发现GmANKTM家族第5亚家族组织表达量高于其他亚家族。利用大豆转录组数据库分析发现,GmANKTM家族基因受盐胁迫和干旱胁迫强烈诱导。     

甘草NRAMP基因家族的鉴定和生物信息学分析

为研究甘草自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从甘草全基因组数据库中筛选并鉴定甘草NRAMP家族基因序列,并对该家族成员做进化分析、基因结构分析、保守结构域和保守基序分析、二级结构和三维结构分析。结果显示,从甘草基因组中共鉴定出11个NRAMP基因家族成员,通过进化分析发现,亲缘关系近的NRAMP家族成员基因结构和保守基序都更为相似,甘草和大豆的NRAMP家族成员间亲缘关系更接近。甘草大部分NRAMP家族成员的氨基酸数量差异不大,介于300～549个,且亚细胞定位在细胞膜上,而2个分子质量较大的成员GurNRAMP7和GurNRAMP8亚细胞定位在叶绿体上,各个成员的跨膜结构数量不尽相同。各个基因在染色体上的分布较为分散,只有NRAMP9、NRAMP10、NRAMP11定位在同一条染色体上。α-螺旋是甘草NRAMP家族成员中最主要的二级结构,但各个成员含有的α-螺旋数量不完全一样。     

鹰嘴豆NF-Y基因家族的全基因组序列鉴定及生物信息学分析

为了揭示鹰嘴豆NF-Y基因家族的功能,从鹰嘴豆全基因组中鉴定NF-Y基因,并利用生物信息学分析软件对其进行系统发育进化、染色体定位、基因结构、保守结构域以及microRNA的靶位点预测分析。结果表明,共鉴定出41个鹰嘴豆NF-Y基因家族成员,在进化上分为3个亚家族:CarNF-YA(8个)、CarNF-YB(22个)和CarNF-YC(11个);这些基因分布于7条(Ca1—Ca7)染色体上,另外还有3条序列未定位到染色体上。鹰嘴豆NF-Y家族基因序列大部分都含有1～5个内含子和1～6个外显子,少数序列如CarNF-YB9和CarNF-YC6等仅含有外显子结构;编码的蛋白质中共发现3个保守基序(Motif1、Motif2和Motif3),其中Motif1、Motif2在CarNF-YB和CarNF-YC亚家族中均有分布,而Motif3仅分布在CarNF-YA亚家族中。鹰嘴豆和拟南芥NF-Y蛋白家族成员系统进化树表明,Car/At NF-YA可以分成6类,分别由6、1、3、3、1、4种蛋白质组成; Car/At NF-YB可以分成4类,分别由21、8、2、4种蛋白质组成; Car/At NF-YC亚基可以分成3类,分别由17、4、4个蛋白质组成。对鹰嘴豆NF-Y基因家族成员的miRNA169靶位点预测发现,41个成员中仅有CarNF-YA亚家族中的6个成员受到miRNA169调控。     

苹果YABBY基因家族的鉴定、进化及表达分析

从苹果全基因组范围内共鉴定出13个YABBY基因,通过聚类分析将其分为YAB1/YAB3、YAB2、INO、YAB5和CRC 5个亚家族。Md YABBY基因分布在苹果的9条染色体上,在第16条染色体上分布最多。Md YABBY蛋白长度介于60~538个氨基酸,等电点为4.84~9.81,所有Md YABBY蛋白都包含有锌指结构和YABBY两个保守结构域,同一个亚家族内的成员表现出相似的基因结构和蛋白保守基序分布;基因顺式作用元件分析发现,Md YABBY基因包含许多与抗逆和激素响应有关的作用元件。基因表达分析发现,Md YABBY基因在花、果和叶中的表达量较高,5个Md YABBY基因在果实发育的3个时期均明显地上调表达。     

葡萄OVATE基因家族生物信息学及表达

【目的】OVATE是一类调控植物生长发育的转录抑制因子,对葡萄OVATE基因家族(Vv OFPs)进行生物信息学和组织特异性表达分析,为该类基因的功能研究奠定基础。【方法】根据OVATE保守域蛋白序列(PF04844)对葡萄OVATE基因家族进行鉴定,利用生物信息学方法对葡萄OVATE基因家族染色体定位、基因结构、保守结构域、亚细胞定位等方面进行预测和分析,并分析葡萄和拟南芥OVATE基因家族的进化关系。采用实时荧光定量PCR技术检测Vv OFPs组织表达特性。【结果】葡萄OVATE基因家族包含17个成员,不均匀地分布在11条染色体上,均没有内含子结构,编码115—444个氨基酸,等电点4.55—9.69,均为亲水蛋白;所有蛋白均包含完整的OVATE保守结构域,亚细胞定位主要在细胞核中。根据进化树拓扑结构,将葡萄和拟南芥OVATE蛋白家族聚为六类(Ⅰ—Ⅵ),其中,Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ类仅包含两个基因,Ⅰ、Ⅳ、Ⅵ类中Vv OFPs和At OFPs相互交错地聚类在一起;Vv OFPs和At OFPs共包含10个未知基序,保守元件1和2位于OVATE结构域区域,此外,在OVATE结构域外每个类别均包含特有基序。Vv OFPs具有组织表达特异性,12个基因在根、茎、叶、花和果实中均可以检测到表达,其余5个基因仅在特定组织中表达。多数Vv OFPs在根、嫩茎和花中表达量较高,在嫩叶和果实中仅检测到少数基因表达;Vv OFPs在不同发育期表达量存在差异,通常在开花前1周和开花期表达量较高,而花后4周果实中表达量较低。1对旁系同源基因表达模式相似,3对旁系同源基因产生了新的表达模式。【结论】葡萄OVATE结构域序列比较保守,其在不同组织中呈现出多种表达模式,推测其可能参与了葡萄生长发育的调控。     

黄瓜R2R3-MYB亚家族鉴定及生物信息学分析

【目的】深入研究黄瓜Cucumis sativus R2R3-MYB亚家族成员的相关功能。【方法】利用生物信息学手段分析黄瓜全基因组,鉴定R2R3-MYB亚家族成员,对其系统进化关系、蛋白理化性质、染色体定位、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。【结果】黄瓜全基因组中含99个具有典型结构域的R2R3-MYB转录因子,蛋白序列含195～552个氨基酸,有保守基序及氨基酸位点;基因在染色体上分布不均匀;大部分亚家族成员蛋白质的不稳定指数大于40,属于不稳定蛋白。顺式作用调控元件分析发现：大部分基因启动子区所含元件与激素调节、MYB结合位点、胁迫密切相关。【结论】通过黄瓜全基因组鉴定,获得黄瓜基因组99个R2R3-MYB家族成员,分为30个亚组,映射于7条染色体上,该家族成员的上游启动子区含逆境相关作用元件。图7表1参36     

小麦几丁质酶基因家族的全基因组鉴定及禾谷镰刀菌胁迫下的表达分析

对小麦几丁质酶基因家族成员进行鉴定,并对其基因结构、保守基序、染色体分布、系统进化及禾谷镰刀菌胁迫下的表达水平进行分析,为进一步研究几丁质酶基因在小麦应答各种生物胁迫中的作用和在抗病分子育种中的应用奠定基础。结果表明,从小麦基因组中共鉴定到159个几丁质酶基因,分布在21条染色体上;小麦几丁质酶基因家族成员分为5类,隶属于GH-18和GH-19两个亚家族。GH-18亚家族包括Ⅲ、Ⅴ类,分别含有34、48个基因;GH-19亚家族包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类,分别包含52、13、12个基因。同一亚家族的成员聚类在同一分支上,并且具有相似的外显子-内含子基因结构和保守基序。在被禾谷镰刀菌侵染后,4个小麦品系中几丁质酶基因家族一些成员的表达均显著上调。     

番茄组蛋白去乙酰化酶HD2家族生物 信息学及表达模式分析

在生物信息学分析和克隆番茄组蛋白去乙酰化酶HD2 亚家族的基础上,探究了HD2 家族在番茄果实 发育阶段的表达模式。结果显示,番茄HD2 家族有3 个成员,其氨基酸序N 端具有典型的MEFWG 五肽基序,中部 为疏水结构域分隔开的两段富含酸性氨基酸的结构域,C 端的序列呈多样性,并且具有C2H2 型锌指结构;亚细胞定 位预测发现该家族成员均定位于细胞核,这与其参与组蛋白修饰功能相一致。表达模式结果显示,HD2 基因家族在 果实发育阶段中具有阶段特异性,推测其在调控番茄的果实发育方面有重要作用。     

甜樱桃MYB转录因子基因的克隆与表达分析

本研究利用转录组测序结果,通过RT-PCR从甜樱桃品种‘美早’果实中克隆出1个MYB转录因子基因,将其命名为PaMYB10,Gen Bank登录号为ALH21137.1。该基因编码的氨基酸序列具有R2和R3保守结构域,属于R2R3-MYB家族基因,与蔷薇科的桃、欧李、梅等作物亲缘关系较近。qRT-PCR结果表明,PaMYB10在红色品种‘美早’的茎、叶、花和果实中均有表达,但表达量存在差异,在成熟果实中表达量最高。‘美早’中花青苷含量随着果实的发育逐渐升高,PaMYB10的表达显著上调;‘13-33’中花青苷含量随着果实的发育变化不明显,基因表达量变化也不明显。在果实发育后期,‘美早’果实中花青苷含量和PaMYB10的表达量均显著高于‘13-33’。推测PaMYB10的高水平表达可能与红色甜樱桃果实花青苷积累有关。     

甘薯全基因组WRKY转录因子的基因鉴定与逆境胁迫表达分析

【目的】对甘薯(Ipomoea batatas)全基因组WRKY转录因子进行基因鉴定与逆境胁迫表达分析,为甘薯WRKY基因的应用提供参考。【方法】在甘薯全基因组序列的基础上,应用生物信息学方法对WRKY基因进行挖掘,分析基因潜在复制关系、保守结构域、亚家族系统进化树、保守基序和抗逆表达模式,并对甘薯SPF1基因与IbWRKY基因进行了比较和分析。【结果】甘薯全基因组上共有82个WRKY基因,可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3个类型,其中类型Ⅰ和类型Ⅲ的成员数量分别为18和5,类型Ⅱ可进一步分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e 5个亚类,其成员数量分别为4,14,20,8和13。甘薯WRKY基因不均匀分布于15条染色体上,其中25对基因存在潜在复制关系。保守结构域分析发现,大部分WRKY的结构域高度保守,但个别基因存在保守结构域缺失现象。拟南芥与甘薯的WRKY转录因子在系统进化树上呈现按物种少量聚集的现象。在甘薯WRKY转录因子家族中共发现10个保守基序,包括含有WRKY七肽结构域的基序1和基序7、含有锌指结构域的基序2和基序3,其中基序3为Ⅰ类型WRKY转录因子N端WRKY结构域所特有。对逆境胁迫下的甘薯转录组数据进行分析发现,甘薯苗期在蔓割病菌(Fusarium oxysporum f. sp.batatas)侵染后共有19个WRKY基因差异表达,甘薯块根贮藏期在低温胁迫下有34个WRKY基因差异表达。蛋白序列比较和分析结果表明,甘薯SPF1的氨基酸序列与IbWRKY32的氨基酸序列一致度最高,为85.4%。【结论】甘薯全基因组中鉴定得到82个WRKY基因,其结构域较为保守,在蔓割病胁迫与低温胁迫条件下均存在差异表达。     

胡萝卜MADS-box基因的克隆及表达分析

植物MADS-box基因家族基因编码高度保守的转录因子,参与包括花发育在内的多种发育进程。为进一步研究胡萝卜花器官的发育,根据MADS-box基因保守区序列,设计简并引物,并利用3’-RACE法从胡萝卜(Daucus carrot)中克隆两个MADS-box基因家族的cDNA片段,根据克隆出的片段设计引物进行5’-RACE扩增以获得cDNA全长序列。序列分析和系统进化分析表明,这两个基因分别与金鱼草的DEFH49和拟南芥的AGL6序列有很高同源性。从而将两个基因分别命名为DcSEP1和DcAGL6。序列比对分析表明这些基因编码的蛋白质都包含高度保守的MADS结构域、I结构域和K结构域,同时每个基因均有其比较保守的C-末端功能域。基因表达分析结果显示,DcSEP1和DcAGL6在营养器官根、茎、叶和萼片中均无表达,而在心皮和雄蕊中有微量表达。