花生AhARF 基因家族鉴定与表达分析

生长素响应因子（Auxin response factor，ARF）是生长素信号转导途径中的一类重要转录因子，在种子萌 发、器官形成、果实成熟、胚胎发生等多个生长发育过程发挥作用。为了揭示花生基因组中AhARF 基因家族的特 征，本研究利用生物信息学方法从花生基因组中鉴定了62个花生AhARF 家族基因，它们不均匀分布于除1号和11 号之外的其他18条染色体上，在A和B亚基因组对应关系的染色体上数目大体相同。依据系统发生关系，62个花 生AhARFs 与拟南芥AtARFs 家族基因共同聚在除ClassIII（仅包含拟南芥AtARFs）外的其余4个分支。共线性分析共 检测到33对片段重复基因，其Ka/Ks比值均小于1，受到环境压力的纯化选择。本研究还分析了它们的理化性质、 蛋白保守结构域等特征。此外，基于22个组织转录组数据，绘制了62个花生AhARF 家族基因的表达模式热图。进 一步应用qRT-PCR方法，分析了可能与萌发相关的4个AhARF 基因（AhARF10、AhARF20、AhARF23 和AhARF46）的 时空表达模式。本研究可为种子萌发相关AhARF 基因的挖掘与功能鉴定提供基础。     

花生AT-hook家族基因的生物信息学分析

AT-hook蛋白不仅在植物生长发育、器官构建、胁迫和激素信号应答中起重要作用,而且还作为染色质重塑的转录因子和辅助因子,调节基因的转录活性。为全面了解花生AT-hook基因家族的结构特征,利用生物信息学技术比对花生基因组数据库,分析AT-hook基因家族成员的理化性质、基因结构、保守结构域和系统发育关系以及在12个组织中的表达特异性。结果表明：在花生基因组数据库中鉴定得到64个AT-hook基因,染色体定位显示这些基因在染色体上呈不均匀分布。系统发育树分析表明花生AT-hook基因可分为8个亚群,多数基因都含有5?-UTR和3?-UTR。MEME数据库显示,花生AT-hook基因编码的蛋白质包含6个保守的结构域,大多数AT-hook蛋白含有RGRP和PPC的基序。表达热图显示,AT-hook基因在不同花生组织中呈现特定的表达模式,如arahy.BT3IUC、arahy.QUTE6V、arahy.8MM6DT、arahy.RIX96U和arahy.T2XHT6在根中高度表达,但arahy.EW3BSR和arahy.CSXK13分别在雌蕊和叶片中高丰度均匀转录。本研究结果为进一步阐明花生基因组中AT-hook基因的潜在分子功能提供理论参考。     

杜兰落花生球蛋白基因家族的生物信息学分析

为了解球蛋白基因家族在杜兰落花生(Arachis duranensis)种子中的特征,利用生物信息学方法对杜兰落花生球蛋白基因进行全基因组鉴定及表达模式分析。结果表明,杜兰落花生含有9个球蛋白基因,家族成员间理化特性总体差异不大,亲缘关系相近的蛋白具有相似的保守基序组成。根据物种间的球蛋白系统进化树,球蛋白进化关系符合物种之间的亲缘关系。杜兰落花生球蛋白在进化过程中较为保守,受纯化选择主导,但在部分进化枝上存在正选择位点。栽培种花生转录组数据分析表明,15个花生球蛋白基因在花生种子中检测到表达,其中4个表达量远超其它成员,在花生荚果成熟后期表达量仍较高。     

小麦热激蛋白转录因子C家族基因的结构及其在干旱胁迫中的表达

小麦热激蛋白转录因子在热胁迫和耐热性产生的过程中发挥重要作用。为进一步了解小麦热激蛋白转录因子C亚家族,本研究采用全基因组信息保守结构域比对和进化聚类分析,共鉴定了24个小麦TaHsfC基因,并对TaHsfC亚家族成员染色体定位、基因结构、亚细胞定位、对应蛋白质的氨基酸特点、基因表达进行了分析。结果表明,24个TaHsfCs主要分布在5条染色体上,其中A基因组中有7个,B基因组中9个,D基因组中有6个,另外两个所在染色体位置不清楚。TaHsfCs含有0～2个内含子,其中 TaHsfC1亚族基因含有1～2个内含子, TaHsfC2亚族基因则含有0～1个内含子。聚类分析表明,小麦TaHsfC成员共分为 TaHsfC1和 TaHsfC2两个亚族。24个TaHsfCs成员全部定位于细胞核。在15%PEG模拟干旱条件下,干旱敏感品种矮抗58和耐旱品种晋麦47中有10个TaHsfC基因显著上调表达,其中 TaHsfC2亚族基因的表达量上调倍数均高于 TaHsfC1亚族基因(其中 TaHsfC2j和 TaHsfC2k未在晋麦47中检测到表达量)。本研究可为探索小麦热激蛋白转录因子C家族基因在小麦抗旱中的分子机制提供一定的理论支撑。     

大豆MYB转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,近年的研究表明其广泛参与多种生物学过程。MYB转录因子在其N端含有其特有的DNA结合基序(MYB-binding domain),能够与DNA分子大沟结合而调控基因表达。本研究通过生物信息学手段,在全基因组水平上筛选鉴定出了304个大豆MYB类转录因子,并对其进行了分类和保守结构域分析;通过与拟南芥的MYB基因进行系统发生分析,将304个大豆MYB转录因子分为了22个亚类;染色体定位分析表明大豆MYB转录因子在所有染色体上都有分布,部分染色体间的MYB蛋白序列高度相似,表明此类基因在进化上具有相同的来源;利用野生大豆盐、碱胁迫下转录组数据,分析MYB基因的表达模式,发现部分MYB转录因子能够响应盐、碱胁迫的诱导,且在盐、碱胁迫下具有不同的表达模式。     

小麦WRKY转录因子的鉴定及其在胚性愈伤组织形成中的表达分析

为研究WRKY转录因子在小麦胚性愈伤组织形成中的功能,以小麦基因组信息和愈伤组织形成发育过程中的转录组数据为基础,利用生物信息学方法,在全基因组范围内进行小麦WRKY转录因子的鉴定,并对小麦胚性愈伤组织形成过程中TaWRKY基因的表达模式进行分析。结果表明,在全基因组范围内共鉴定到270个小麦WRKY转录因子（TaWRKY01~TaWRKY270）,根据WRKY保守结构域数量和锌指结构域类型可分为I、II、III三组,分别包含41、145和84个。在愈伤组织转录组文库中,鉴定到39个TaWRKY基因,其中27个与在全基因范围内鉴定到的TaWRKY基因相同,12个在小麦愈伤组织中特异表达。差异表达分析表明,11个TaWRKY基因差异表达,大部分在胚性愈伤组织培养3～15 d时下调表达,且在胚性愈伤组织中比同时期非胚性愈伤组织中表达量高,推测部分TaWRKY基因可能参与小麦胚性愈伤组织的形成。     

水稻WRKY转录因子基因家族响应外源一氧化氮的表达谱分析

一氧化氮(nitric oxide,NO)信号分子与WRKY转录因子均参与植物抗逆、发育与代谢等许多生理过程。采用Agilent水稻全基因组cDNA芯片分析了NO处理后1、6和12h水稻幼苗WRKY转录因子基因的表达谱,鉴定出在1个时间点有两倍或两倍以上表达变化的WRKY基因32个,主要分布在WRKY的Ⅰ和Ⅱ组,其中75%的Ⅱa和45.6%的Ⅱd亚组成员为差异表达基因;鉴定出至少在2个时间点有两倍或两倍以上表达变化的WRKY基因15个,均为早期(1h)应答,且多数(64.2%)持续上调;基因功能预测分析表明,这些基因主要参与生物学过程中的细胞过程、代谢过程和刺激响应,以及分子功能中的转录调节活性和结合;代谢通路分析表明,WRKY24涉及植物与病原菌相互作用代谢通路。实时荧光定量PCR验证结果与芯片杂交结果基本一致,印证了芯片杂交结果的有效性。上述发现提示,NO信号可能参与了WRKY转录因子介导的生物学调控功能,并为这些基因的进一步功能分析奠定基础。     

小麦TCP基因家族的全基因组鉴定和对热胁迫的响应

TCP是植物发育调控的重要转录因子。为了挖掘小麦TCP基因的功能,本研究利用生物信息学方法和qRT-PCR技术,对小麦TCP基因家族进行全基因组鉴定和在热胁迫下的表达分析。全基因组鉴定结果表明,普通小麦品种中国春中存在58个非冗余的TaTCP基因。根据与AtTCPs和OsTCPs的系统发育分析,在小麦中分别有26个PCF、20个CIN和12个CYC/TB1聚类。进一步预测TaTCP基因在达尔文进化下的压力选择,发现除了TaTCP16-A相对于乌拉尔图小麦中直系同源基因是正向选择,其他基因都是纯化选择的过程。利用在线RNA-seq数据分析TaTCPs基因在5种组织器官中与冷、热和干旱胁迫下的表达图谱,结果显示,小麦TCP基因在不同的组织和胁迫中存在差异表达。最后,通过qRT-PCR技术检测12个不同发育阶段的小麦叶片在短期热胁迫下TaTCP5部分同源基因的表达水平,结果表明,在35℃下处理1h,TaTCP5-D的相对表达量在拔节期、拔节后期、孕穗前期和抽穗期都有明显的上调,这些结果为进一步研究TaTCP基因的功能奠定了良好的基础。     

甘薯NAC转录因子家族的全基因组鉴定与分析

利用生物信息学方法对甘薯(Ipomoeabatatas)基因组中NAC转录因子进行鉴定、保守结构域分析、motif查找、染色体定位、系统进化树分析以及逆境胁迫下基因表达分析。结果表明:甘薯全基因组序列中含有91个NAC转录因子基因,非均匀分布于甘薯15条染色体上;系统进化树及motif分析结果显示,91个甘薯NAC家族成员可分为16个亚组,共包含20个motif,其中大部分家族成员中均含有motif2、motif4、motif1、motif8和motif3,这5个motif分别对应NAC结构域中的5个子域A、B、C、D和E。在与拟南芥(Arabidopsis thaliana)NAC转录因子共同构建的进化树中,有64个甘薯NAC家族成员被归入拟南芥NAC基因家族的14个亚组,其中,NAC2亚组包含的成员数最多,有9个,TIP和AtNAC3亚组均仅有1个。转录组数据分析结果显示,在蔓割病菌(Fusarium oxysporum f. sp. batatas, Fob)胁迫下甘薯NAC基因家族中有10个基因的表达量发生变化;而在低温环境下有25个NAC基因差异表达。本研究结合利用基因组与转录组数据分析,该结果为进一步研究甘薯NAC基因家族的功能提供参考。     

花生GSTs家族基因的全基因组分析

谷胱甘肽转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能超家族酶,普遍存在于植物体中,作为配体或结合蛋白,在调控植物的生长发育、解除外界毒素作用过程起到重要作用。为全面了解花生GSTs基因家族的结构特性,本论文通过生物信息分析技术对花生GST基因家族进行全基因组鉴定和表达特性分析,结果表明,在花生全基因组中一共有163个GSTs基因,其中A组基因中含有76个,B组基因中含有87个。基因结构和发育进化树将花生GST基因分为6类:Tau、Theta、Lamda、EF1Bγ、Phi和DHAR,花生GST家族基因结构进化相对保守,但各基因的内含子数量及长度有较大差异,其中EK5R9的外显子数最多,达19个;而K7JNV的内含子最长,约18 kb。MEME分析发现,花生GST家族基因中存在9个保守域,各基因中的保守结构域为6～8个不等。染色体定位显示,花生GSTs家族基因在花生A、B染色体组上呈不均匀分布,在A02、A03、A07、A09、B02、B03、B05、B08和B09号染色体上存在1～2个基因簇。表达分析发现,只有80个花生GST基因具有组织表达差异,其中6个的组织表达有极显著差异。本研究为GSTs基因的功能研究及花生抗逆性提高提供了理论依据。     

大麦ARF基因家族的全基因组分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起到重要作用。而关于大麦ARF基因家族全基因组分析的研究尚未见报道。为进一步探讨大麦ARF基因的功能,以公布的大麦栽培品种Morex的基因组数据为基础,采用生物信息学方法鉴定了大麦ARF基因,并对其结构、染色体分布、蛋白保守结构域、系统进化树及表达谱进行了分析。结果表明,共鉴定出了17个大麦ARF基因,除4号染色体外,其余6条染色体上均有分布,片段复制事件是大麦ARF基因家族的主要扩张方式;HvARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,而Aux/IAA结构域仅存在于12个HvARF蛋白中,且不同蛋白所含该结构域1~2个不等;不同植物中ARF基因在功能上具有保守性;不同组织器官中HvARF基因的表达存在明显的差异。     

蓖麻RcWD40家族鉴定与表达分析

植物中的WD40蛋白家族通过蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA的互作,参与生物过程,该家族的重要成员TTG1在拟南芥中抑制种子脂肪酸的过早积累。为揭示油料作物蓖麻中RcWD40基因家族及RcTTG1基因的表达特征,利用生物信息学手段在全基因组水平鉴定到182个RcWD40家族成员,其中RcWD40-181为RcTTG1基因,并对它们的系统发育、保守结构域及表达模式等进行分析。根据进化树结构和保守域组成分别将RcWD40家族成员分为8个cluster和28个亚家族。此外,转录组分析显示RcWD40在蓖麻的花、叶、根、茎以及各发育时期种子中具有多样的表达模式,预测家族基因可能调节这些组织的生长发育。启动子区域转录因子结合位点及种子发育表达分析结果预测RcTTG1可能承担与AtTTG1相似的脂肪酸积累负调节功能。     

一个水稻穗特异表达锌指蛋白基因的克隆与结构分析

利用生物信息学和RT PCR方法从水稻中克隆鉴定了一个新的具有TFⅢA型锌指结构的锌指蛋白基因,其开放阅读框为1092 bp,编码363个氨基酸残基。组织表达谱结果表明,该基因只在水稻幼穗组织中表达,在成株期的根、叶、茎以及花药中不表达,将其命名为OsZPT3 1。序列分析表明OsZPT3 1具有3个C2H2型锌指结构,在氨基酸的C端没有典型的转录抑制区域DLN box,但LXLXL的结构仍然表明OsZPT3 1可能是一个转录抑制因子。对OsZPT3 1启动子区域进行预测,结果发现3个MADS box转录因子识别位点,推测OsZPT3 1可能在MADS box转录因子的调节下,通过抑制下游基因的表达在水稻穗部器官的生长发育过程中发挥重要的调控作用。     

菠萝R2R3-MYB基因家族鉴定与表达分析

R2R3-MYB转录因子参与植物众多生命活动的调控,在植物生长发育中至关重要。本研究采用生物信息学分析方法,从菠萝基因组中筛选鉴定R2R3-AcMYB转录因子,并对其基因结构、编码蛋白和系统进化进行了分析;基于转录组数据和荧光定量PCR分析,研究了乙烯利处理后菠萝顶端分生组织MYB基因的表达模式。研究结果显示,菠萝基因组含有103个R2R3-AcMYB转录因子,其中67个的基因结构组成为3（外显子）+2（内含子）,17个为2（外显子）+1（内含子）。103个R2R3-AcMYB蛋白中,有31个偏碱性,55个显酸性和17个呈中性。亚细胞定位预测显示,有67个编码蛋白定位于细胞质,20个定位于细胞核。保守基序分析发现,有91个R2R3-AcMYB的序列包含SANT结构的motif 1和motif 2。系统进化树分析表明,81个R2R3-AcMYB转录因子可以分别被归入18个亚组,其余22个R2R3-AcMYB转录因子则未能进行明确归类。基于转录组数据和荧光定量PCR分析结果,发现菠萝顶端分生组织中多个MYB基因的表达受到乙烯利的诱导或抑制,暗示这些基因可能参与了乙烯利诱导条件下菠萝生长发育（包括开花诱导等）调控。这些研究结果为进一步挖掘菠萝激素响应、生长发育和开花调控等基因,揭示菠萝生长发育调控机制提供了数据支持。     

花生Argonaute 基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白（Argonaute protein）是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花 生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数 据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO 基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进 化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明：试验 共鉴定得到51个花生AGO 基因,包括12个A.duranensis 基因,12个A.ipaensis 基因以及27个栽培种花生AGO 基因。 染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis 与A.ipaensis 基因组上有10对成 员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8 基因在花生 22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖（Shoot Tip）与雄蕊（Stamens）中AGO 基因家族呈现较高表达量。本研究结 果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

大豆GmNAC115基因克隆及特征分析

NAC转录因子在植物发育和逆境应答中具有重要的作用。本研究从大豆中克隆了1个NAC基因GmNAC115。该基因c DNA全长1 383 bp,开放阅读框长912 bp,编码303个氨基酸,预测分子量约为34.278 k D,p I8.37。推测的氨基酸序列中含有1个高度保守的NAM结构域。Gm NAC115基因组包含3个外显子和2个内含子。进化树分析发现Gm NAC115和Pv NAC为1个分支。转录活性分析结果表明,Gm NAC115转录因子具有转录激活功能。SDSPAGE电泳分析表明,p ET-28a-Gm NAC115最佳诱导表达条件为在37℃下1.0 mmol·L-1IPTG诱导2 h。组织特异性表达模式分析表明在检测的所有组织中Gm NAC115都有表达,在根中表达量最高,在种子中表达量最低。     

小麦GRAS基因家族的全基因组鉴定与分析

GRAS基因是一类转录因子基因,在植物的生长和发育中起关键作用。本研究利用最新的小麦基因组数据,对小麦GRAS基因进行了全基因组鉴定和分析。结果从小麦中鉴定出153个GRAS基因,这些基因不均匀分布在小麦21条染色体上。系统发育分析将这些基因分为12个亚家族,片段复制和串联重复是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白质序列分析发现不同亚家族间氨基酸数目、分子量存在一定差异;二级结构预测表明,小麦GRAS基因的氨基酸序列均以α-螺旋、随机卷曲为主要组成部分。通过对小麦GRAS基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达分析发现,GRAS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,表明GRAS基因具有组织或器官表达特异性,且可能在对逆境胁迫的响应中起重要作用。这些结果为进一步研究小麦GRAS基因的功能奠定了基础。     

野生种花生GLP家族基因的鉴定与特征分析

GLP是一类普遍存在于植物界的cupin超家族基因,在调控植物生长发育和抗逆反应中起到多种重要作用。本研究从全基因组水平研究野生种花生GLP基因家族,共鉴定出38个GLP基因。结构域分析显示,绝大多数花生GLP都含有保守的cupin保守结构;基因结构和系统发育分析表明38个花生GLP家族基因分成Subfamily I、Subfamily II和Gymosperm subfamily 3个亚家族,分别有20个、10个和8个成员,其中Subfamily I内含子/外显子结构较一致,无显著差异;Gymosperm subfamily中GLP基因内含子长度差异最大,最长达6.3 kb;Subfamily II中的基因内含子数量差异最显著,最多达5个。说明基因结构与系统进化有一定的关系。染色体定位分析显示,花生GLP基因在花生17条染色体中的分布呈不均匀性,存在5个基因簇,其中染色体A06上分布最多,为9个;其次是B06,分布6个。基因表达分析显示,在22个不同的组织中,仅有8个野生种花生GLP家族基因呈现出差异表达,其中6个属于Subfamily II,且表达总量显著高于其他基因,而Subfamily I成员均未检测到表达。该结果将为今后花生GLP家族基因的功能研究与利用提供参考。     

花生结瘤起始因子基因鉴定及其对氮肥的响应

结瘤起始因子NIN(nodule inception)是最早发现的与植物结瘤相关的转录因子,是根瘤固氮遗传通路中重要组成成分,在结瘤早期发挥重要调节作用。为了研究花生NIN基因的功能,我们对栽培种花生中的NIN基因进行了鉴定,并利用生物信息学对该基因家族理化性质、进化关系、基因结构、表达模式等进行分析。结果表明栽培种花生中共有33个NIN基因,按亲缘关系可以分为4类;同一类的基因具有相同的基因结构和保守结构域;花生NIN基因在各个组织中表达量均较低,Arahy.I65W25和Arahy.V4BGUX在根和根瘤特异表达;在单作花生和花生//玉米间作条件下,部分NIN基因对氮肥的响应模式不同。本研究为深入研究花生NIN基因在根瘤形成和固氮遗传通路中的作用提供了理论基础。     

茶树WOX基因家族的鉴定和表达模式分析

WOX转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起着重要的调控作用。文章基于全基因组数据,从茶树基因组中鉴定出29个WOX基因,并对其基因结构、进化关系、保守域、染色体定位进行分析,同时分析了它们在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理中的转录组数据。结果表明,29个CsWOX(茶树WOX)基因在茶树染色体上分布不均;根据进化关系将茶树WOX基因分为4类;基因结构和保守基序分析发现相同亚家族的基因结构和保守结构域基本一致;基因表达分析显示,CsWOX基因在花和果实组织中具有较高的表达水平,且部分基因随着叶片成熟度的增加,表达水平升高;不同的Cs?WOX基因在PEG诱导的干旱胁迫、盐胁迫处理下存在差异表达,说明CsWOX基因广泛参与茶树生长发育并在响应非生物胁迫中发挥重要作用。该结果将为进一步研究WOX基因在调控茶树生长发育和非生物胁迫响应中的作用提供一些有价值的信息,为茶树WOX基因的功能研究与利用提供科学依据。