基于表达谱分析陆地棉DUF642基因家族抗逆功能

【目的】DUF642(Domain of unknown function 642 genes)是1个未知功能基因家族,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。本研究旨在分析其在棉花抗逆反应中的功能。【方法】基于陆地棉基因组数据,系统地鉴定DUF642基因家族。利用生物信息学方法分析基因结构、理化性质、亚细胞定位、亲缘关系、启动子顺式作用元件等。应用转录组数据和实时定量聚合酶链式反应技术分析该家族基因在不同组织和多种逆境(冷、热、干旱、盐和黄萎病菌)胁迫下的表达规律。【结果】陆地棉基因组中包含23个DUF642基因,分布于14条染色体和1条Scaffold;编码的蛋白含有1～2个保守的DUF642结构域,多定位在细胞膜。DUF642家族基因可分成4个亚组,在进化上相对保守。DUF642基因具有较为广泛的组织表达类型,其中根和叶中表达较高。通过启动子和胁迫表达分析,推测Gh DUF642-09参与棉花抗盐胁迫;GhDUF642-08和GhDUF642-19参与棉花抗黄萎病;GhDUF642-02、GhDUF642-14和Gh DUF642-17参与棉花生长发育和抗逆胁迫。【结论】本研究结果为进一步研究DUF642基因家族功能和棉花抗逆分子机制提供了重要的理论依据。     

水稻转录因子NF-YB家族的生物信息学分析

转录因子NF-YB (nuclear factor-YB)家族是核因子Y (nuclear factor Y, NF-Y)家族的一个亚家族,在调控胚发育、形态建成、开花时间、株高、穗粒数等方面,尤其是在非生物胁迫应答中发挥着重要的作用。为揭示水稻NF-YB基因家族的信息及特征,加快基因家族功能挖掘进程,本研究利用生物信息学手段对该基因家族及其编码蛋白进行分析。结果表明,水稻中共有13个NF-YB基因,在染色体上分布不均匀,所编码的蛋白都定位在细胞核,且不含跨膜结构域或信号肽。多重序列比对,二级结构,三级结构以及基序分析表明,该家族成员保守性较高,均含有高度保守的CBF/NF-Y结构域。进化分析表明NF-YB家族基因的分化早于物种的分化。磷酸化位点和互作蛋白网络分析初步预测了家族成员的互作蛋白网络。本研究为后期NF-YB家族成员的功能研究,加快家族基因的实际应用进程提供了帮助。     

春兰DUF3598家族CgDUF1基因的克隆与生物信息学分析

DUF3598是一类具有未知功能结构域的基因家族,在植物的生长发育和响应逆境胁迫中可能扮演重要角色,为了研究DUF3598蛋白对春兰的调控作用,初步探讨其生物学功能,本试验以春兰为实验材料,采用RT-PCR的方法,克隆获得一段长为1 245 bp的ORF序列,暂命名为CgDUF1,并进行生物信息学预测分析。结果表明,CgDUF1基因共编码20种氨基酸,无信号肽和跨膜结构域,属于非分泌性的亲水蛋白,预测该蛋白主要定位于叶绿体中。系统发育分析表明,CgDUF1蛋白与拟南芥DUF3598蛋白：A0A384KT89的亲缘关系最近。高级结构预测表明CgDUF1蛋白由3种二级结构组成,其中无规则卷曲占比最高,为54.59%。本研究为春兰DUF3598基因家族的生物学功能的研究提供了依据。     

水稻B3转录因子OsL1的生信分析及表达模式

B3转录因子是植物特有的转录因子,与植物花形态建成、激素信号转导、种子生长发育及植物逆境胁迫响应密切相关。前期研究中,利用穗发育芯片筛选到一个OsL1基因。生物信息学分析发现,OsL1基因位于水稻4号染色体,基因全长4 262 bp,编码433个氨基酸,蛋白分子量为48.7 kD,序列比对和系统发育分析表明Os L1属于B3家族转录因子,不含信号肽剪切位点和跨膜结构域,亚细胞定位于细胞核。启动子序列分析发现,该基因启动子中含有8个光响应元件及部分激素响应元件。实时PCR分析发现OsL1在水稻根、茎、叶、和穗中均有表达,其中在根和穗发育7期表达量较高,进一步克隆Os L1启动子区域,构建pCAMBIA1301-OsL1-GUS表达载体,遗传转化并鉴定获得转基因植株,The previous study在水稻根、茎、叶、和穗中均检测到了GUS信号,表明OsL1属于组成型表达。以上结果为深入研究OsL1基因在水稻生长发育过程的生物学功能提供了科学依据。     

水稻新生多肽结合复合体α链基因家族的表达分析

水稻新生多肽结合复合体α链(Osα-NAC)基因家族共有3个成员,分别位于第1,3,5号染色体。为研究Osα-NAC基因家族在逆境环境中的生物学功能,利用RT-q PCR和Western Blot技术,详细分析了Osα-NAC基因家族在不同组织中的表达情况,并进一步研究了Osα-NAC基因家族对非生物胁迫的应答模式。结果表明,在高盐和模拟干旱条件下,Os1g NAC和Os5g NAC基因表达上调,Os3g NAC基因表达下调,提示Osα-NAC基因家族各成员在水稻响应非生物胁迫的过程中发挥不同的作用。上述试验结果初步阐明该基因家族在非生物胁迫下的表达特性,为今后更深入研究该基因家族的功能提供了理论依据。     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

谷子三结构域多铜氧化酶基因家族的比较基因组学分析

三结构域多铜氧化酶(Three-domain multi-copper oxidase)是多铜氧化酶超基因家族中最大的一个家族,具有多种生物学功能。本研究利用比较基因组学方法对谷子(Setaria italica)中该家族进行了全基因组学分析,结果显示,谷子三结构域多铜氧化酶基因家族发生了大规模扩张,主要是由谷子物种形成后该基因家族成员的串联重复所导致。谷子三结构域多铜氧化酶基因分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个类群,串联重复基因主要集中在ClassⅠ-7亚类,对这一亚类基因进行选择压力分析发现7个氨基酸位点受到正选择。谷子三结构域多铜氧化酶能响应多种逆境胁迫,ABA和PEG处理下该类基因的表达整体呈上调模式,热胁迫下整体呈下调模式,且差异表达基因具有类群聚集现象,冷胁迫和盐胁迫下也有多个基因显著差异表达。本研究揭示了谷子三结构域多铜氧化酶基因家族的进化规律,并为深入研究该基因的功能提供线索。     

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。     

拟南芥、水稻和番茄SW EET/MtN3/saliva基因家族的分析

SWEET(sugars will eventually be exported transporters)基因家族是包含2个Mt N3/saliva跨膜结构域的膜整合糖转运蛋白,其结构域首次在苜蓿根部结瘤素发现,其后在高等真核生物、原生生物、后生动物、真菌、细菌和古生菌中也有发现。SWEET家族成员中基于Mt N3/saliva不同类型的基因多在模式植物拟南芥、水稻中有报道,但其确切的生物学功能与该跨膜结构域的分子功能仍有待研究。本研究利用拟南芥、水稻和番茄基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定了番茄SWEET基因家族成员,利用MAGE4.0软件进行系统发育树分析,并根据水稻、拟南芥等已有研究进一步介绍了各亚族成员的主要功能。通过全基因组分析番茄SWEET家族共有29个成员,在进化上将其划分2个大类4个亚族,其中A1、A2、A3亚族主要涉及单糖转运,B1亚族主要涉及单糖与多糖转运,可为番茄SWEETs家族基因的功能研究与利用奠定基础。     

花生AhLRPK1基因的克隆及生物信息学分析

植物受体蛋白激酶参与植物的生长发育,抗逆抗病防御反应、细胞分化、在宿主与病原菌互作过程中起着重要的作用。目前在花生上蛋白激酶基因研究较少。本研究基于前期多态性SNP标记的开发和QTL定位,获得了一个抗青枯病候选蛋白激酶基因;通过RT-PCR克隆技术获得了一段长为2 154 bp的ORF序列,暂命名为AhLRPK1;采用生物信息学方法预测并分析AhLRPK1基因编码的蛋白质常规理化性质,跨膜结构域、进化分析和高级结构等。结果表明AhLRPK1基因编码717个氨基酸为稳定的亲水性蛋白,含有一个信号肽、跨膜结构域、多个LRR基序以及一个激酶结构域;与拟南芥LRR亚家族进化同源性分析显示AhLRPK1属于LRRⅤ亚家族,与拟南芥的AT3G13065蛋白亲缘关系最近;AhLRPK1基因在花生基因芯片中表达模式分析表明,在茎和花中的表达量最大,在青枯菌诱导情况下,AhLRPK1基因在抗感花生品种中都表现出下调表达的趋势,AhLRPK1基因受乙烯利表达下调。这些结果有助于进一步验证其生物功能。     

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。     

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。     

雷蒙德氏棉SWEET基因家族的全基因组鉴定和进化分析

为了探索SWEET基因家族在棉花中的分布和作用,基于二倍体D基因组雷蒙德氏棉基因组数据,利用生物信息学方法对SWEET基因家族完成了全基因组水平的鉴定,并进行了系统发育、基因结构、染色体定位和跨膜结构域分析。共获得31个雷蒙德氏棉SWEET基因,分散或成簇分布在11条染色体上,分为3个不同功能的亚家族;跨膜结构域预测显示大部分雷蒙德氏棉SWEET基因含7个跨膜结构域,少部分含6或7个跨膜结构域;基因结构分析显示除GrSWEET6、GrSWEET7、GrSWEET9、GrSWEET19含4个内含子外,其余27个SWEET基因均含有5个内含子。这些结果将为进一步深入研究SWEET基因在棉花生长发育中功能奠定坚实的数据基础。     

大豆凝集素类受体激酶家族全基因组学分析

植物凝集素类受体激酶(LecRLKs)是一种重要的类受体蛋白激酶,广泛参与植物激素信号转导、胁迫反应、植株生长发育、生物固氮等多种生理生化反应。本研究对大豆中的GmLecRLKs基因家族进行了全基因组水平上的分析,在大豆中共找到205个GmLecRLKs家族成员,分布在19条染色体上;根据其含有的特征结构域不同,这些成员被分为L型、G型和C型三个亚家族;每个亚家族成员在结构域类型上有其各自的特点;GmLecRLKs基因在进化过程中比较保守,但在个别位点氨基酸受到了正选择作用。该研究结果对于深入了解LecRLKs家族在大豆中的进化规律和生物学功能具有十分重要的意义。     

辣椒TALE转录因子的生物信息学分析

TALE转录因子家族广泛存在于植物中,在植物生长发育的各个阶段发挥重要作用,但是目前关于辣椒TALE转录因子家族的研究鲜见报道。本研究借助于生物信息学手段,通过HMMER、SMART、MEGA5.05、GSDS、MEME、DNAMAN、SOPMA、SWISS-MODEL等软件和网站对辣椒TALE转录因子类型、结构域、系谱进化、蛋白理化性质及高级结构、信号肽进行分析。分析显示20个辣椒TALE转录因子家族成员均含有HOX主结构域;系统进化树分析显示,20个TALE转录因子家族成员可分为KNOX和BEL两个亚族,同一亚族含有相同的保守基序以及相似的基因结构和蛋白跨膜结构;辣椒TALE转录因子家族的内含子在3~6之间;α-螺旋和无规则卷曲是该家族基因主要的二级结构,三级结构中都含有螺旋-转角-螺旋结构。本研究分析了辣椒TALE转录因子的生物信息学的特征,结果表明该基因家族在辣椒中具有稳定、保守的特点,这为今后研究该基因参与的生长发育过程及其作用奠定了一定的理论基础。     

基于转录组的剑麻杂交种‘11648号’GATA基因家族的鉴定及表达分析

GATA转录因子在植物中广泛存在,并参与生长发育、生物和非生物胁迫等多种生物学过程,为深入阐明GATA基因家族在剑麻相关生物学过程中的重要功能。本研究基于转录组水平鉴定手段,对剑麻基因家族进行鉴定分析以及表达模式研究。在前期已完成的RNA-seq数据上,利用相关软件对剑麻GATA基因家族进行鉴定,同时对得到的剑麻GATA基因进行理化性质、保守结构域、进化关系和表达模式分析。在剑麻中共筛选获得23个GATA基因,其编码蛋白质的氨基酸数目在118～581之间,分子量约为12.74～64.87 ku,等电点为5.19～10.22。亚细胞定位预测结果显示18个AhGATAs定位于细胞核,3个AhGATAs定位于叶绿体,2个定位于线粒体。AhGATAs基因家族含有GATA、RPN13_C、AhXH、CCT和Tify这5个相对保守的结构域。进化树分析表明剑麻GATA蛋白可分为5个亚家族。23个剑麻GATA基因在剑麻紫色卷叶病不同发病时期呈现不同的表达规律。本研究在转录水平上初步完成了剑麻GATA基因家族的鉴定与功能分析,为后续深入解析AhGATAs基因在剑麻中的具体功能提供参考。     

水稻GATA基因家族生物信息学分析

GATA基因家族是生物中一类重要的转录因子,在动植物生长发育、细胞分化以及植物响应环境变化中发挥重要作用。为揭示水稻中GATA家族特征及表达模式,利用生物信息学的方法对水稻GATA家族进行序列比对分析、保守结构域分析、蛋白三级结构分析以及GATA家族表达谱分析。本研究揭示了水稻GATA家族含有共同的GATA结合域,其蛋白三级结构整体相似性较高,组织中的表达水平呈丰富多样性,在激素应激中开启了不同的表达响应模式。这为进一步研究GATA基因家族成员的生物学功能提供参考依据,同时为水稻中其他基因家族研究提供指导。     

辣椒抗坏血酸生物合成酶GME基因家族的鉴定和表达分析

GDP-甘露糖-3′,5′-异构酶基因(GME)是抗坏血酸途径中的关键限速酶,该基因可以调节AsA合成。为了解辣椒中GME基因家族功能及在非生物胁迫下的表达情况,通过生物信息学方法对辣椒GME基因家族进行鉴定,并对基因结构、结构域、系统进化关系、基因表达模式和非生物胁迫表达情况进行分析。结果表明,在辣椒中有2个GME家族成员,CaGME1和CaGME2,分别分布在3号和8号染色体上,都有6个外显子;CaGME1和CaGME2蛋白均具有NADB Rossmann家族中高度保守的NADPH结合位点、底物特异性结合位点,均不具有信号肽,为亲水性蛋白,定位在细胞质粒的可能性最高,均不具有跨膜结构,二级结构主要以不规则卷曲和α-螺旋为主;系统进化树分析表明,该基因编码的氨基酸序列与番茄和马铃薯的亲缘关系最近;qRT-PCR分析结果表明,在低温、茉莉酸甲酯和盐胁迫下CaGME1和CaGME2均被诱导上调,在赤霉素下均被诱导下调。综上可知,CaGME1和CaGME2基因在胁迫下不同的表达情况表明其在非生物胁迫中发挥作用,可为辣椒逆境胁迫机制研究提供参考。     

甘蔗割手密种糖转运蛋白基因SsSWEET11的克隆与功能分析

SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏,广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程。为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能,本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组学,根据注释SsSWEET11基因序列设计特异引物,利用RT-PCR技术从甘蔗割手密种cDNA文库中扩增该基因的全长序列,运用多种生物信息工具分析其特征,构建系统进化树;采用不同组织和抗、感赤条病的甘蔗品种分析SsSWEET11的表达模式;利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsSWEET11的功能。结果表明,从甘蔗割手密种克隆获得SsSWEET11基因(登录号为OP554214),该基因全长927bp,编码308个氨基酸残基,具有2个MtN3＿saliva结构域和7次跨膜结构域。系统进化树分析显示,SsSWEET11属于SWEET蛋白家族第Ⅲ亚家族成员,与高粱SbSWEET11相似性高达97.41%。qRT-PCR分析表明, ShSWEET11基因在不同组织中组成型表达,在蔗叶和根中表达量显著高于其他组织;赤条病菌胁迫下,ScSWEET11基因在抗病品种ROC22和感...