植物血红蛋白基因家族的分子进化研究

植物血红蛋白(Hemoglobin)是一类由珠蛋白(Globin)和血红素(Ferroheme)组成的结合蛋白,广泛存在于植物界中.根据序列特征、表达模式及配基结合性质可将血红蛋白分为共生血红蛋白(Symbiotic hemoglobin,sHb)、非共生血红蛋白(Nonsymbiotic hemoglobin,NsHb)和截短的血红蛋白(Truncated hemoglobin,tHb)3大类,并对植物血红蛋白基因家族进行了分子系统发育分析和进化研究.结果表明,通过基因重复在被子植物中产生了class 1和class 2两类血红蛋白基因.该基因重复发生在单、双子叶植物分化之前,但由于class 2类基因在单子叶植物中发生了一次基因丢失事件,致使class1类基因广泛分布于单、双子叶植物中,而class 2类基因则仅见于双子叶植物;class 2类基因的进化速率高于class 1类基因,并分别在class 2、sHbs的祖先支上检测到了正选择的发生,表明基因重复发生后,class 2、sHbs通过插曲式进化和适应性进化获得了不同的功能;在class 1和class 2的功能性分歧位点检测中获得14个Ⅰ类功能性分歧位点,但未能发现Ⅱ类功能性分歧位点,这些功能性分歧位点是由正选择作用或者放松的选择限制产生的.该研究结果可以指导后续的试验工作,来验证那些具有重要功能的氨基酸置换位点和正选择位点,从而揭示功能性分歧和适应性进化的分子基础.     

辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70%CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、...     

利用微卫星标记分析双峰驼进化和遗传多样性

实验首次利用双峰驼基因组DNA16个微卫星位点,对中国6个地区、蒙古国7个地区254峰双峰驼基因组DNA样品(含5峰野骆驼)进行了检测和分析.结果显示,家养双峰驼群体平均杂合度较高,平均观测杂合度、期望杂合度和内氏杂合度分别是0.610、0.6211和0.5919.微卫星位点含有较高的有效等位基因数、多态信息含量(3.5509和0.5415),可有效用于双峰驼遗传结构和进化分析.遗传距离计算结果及聚类分析显示,中国和蒙古国家养双峰驼群体间遗传分歧并不显著,但野双峰驼和家养双峰驼则表现明显分歧,暗示现存野双峰不是家养双峰驼直接祖先,更不是从家养双峰驼跑到野外的分支.     

甜瓜14-3-3基因家族全基因组鉴定与进化分析

以拟南芥的14-3-3蛋白保守结构域为探针序列,对甜瓜全基因组的蛋白质数据库进行搜索,获得9个14-3-3蛋白序列,其中ε类5个、非ε类4个。对甜瓜14-3-3基因家族进行了系统发生分析、内含子数量分析、序列相似性比对,通过对所有甜瓜的14-3-3蛋白相匹配的Unigene分析后发现,部分基因在多种组织中均有表达,部分基因在甜瓜果实以及花中高丰度特异表达,而且不同成员之间的表达模式存在较大差异。甜瓜14-3-3基因家族成员的分子进化及表达模式的研究结果表明基因重复后发生功能分化。     

大豆脱落酸受体基因家族鉴定、系统发育进化及表达模式分析

[目的]鉴定大豆脱落酸受体基因(GmPYLs)家族成员,并进行系统发育进化及表达模式分析,为深入研究该基因家族在大豆生长发育和非生物胁迫中的作用机制提供理论依据.[方法]以拟南芥PYLs基因(AtPYLs)家族成员序列为参考,从JGI和NCBI数据库鉴定出GmPYLs基因家族成员;利用生物信息学方法对该基因家族的组成、基因结构、保守性、系统进化、启动子区顺式作用元件及其编码蛋白理化性质和结构域等进行全面分析,并基于转录组测序数据,对GmPYLs基因家族成员的表达模式进行分析.[结果]从大豆全基因组序列中鉴定出21个GmPYLs基因,长度为500~4000 bp,分布在15条染色体上,编码蛋白的氨基酸数量为178~267个,分子量为19457.11~29105.43 Da,理论等电点(pI)为4.82~7.23,均为亲水蛋白,但稳定性存在明显差异,主要定位于细胞质中.GmPYLs蛋白的二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主.GmPYLs基因家族成员可分为四大组,同一组成员基因结构及其编码蛋白的氨基酸序列、三级结构、结构域和保守基序(motif)均相似.大豆、拟南芥、苜蓿和水稻的PYLs基因被分为五大类群(Ⅰ~Ⅴ),大豆、拟南芥、水稻和苜蓿的大多数PYLs基因归于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类群;Ⅳ类群含少量的拟南芥和大豆PYLs基因,而Ⅴ类群仅含少部分苜蓿PYLs基因.拟南芥与大豆直系同源基因对数量多于拟南芥与苜蓿直系同源基因对数量.21个Gm-PYLs基因的启动子序列主要包含响应逆境胁迫、调节生长发育及响应植物激素的顺式作用元件,且所有GmPYLs基因的启动子区至少含有1个植物激素响应元件,其中,以含ABA响应元件的GmPYLs基因数量最多.GmPYLs基因具有组织表达特异性,且品种间的表达模式也存在差异.[结论]GmPYLs基因家族成员在系统发育进化上较保守,其基因组复制事件可能发生在豆科植物分化以后,且大部分GmPYLs基因被保留,在响应非生物胁迫中存在广泛的潜在机制,尤其与激素响应密切相关.     

拟南芥SBP基因家族生物信息学分析

SBP基因家族是植物体中特异性存在的一类重要转录因子,主要功能是调控生物生长以及细胞分化。此次研究采用生物信息学的方法,对拟南芥SBP蛋白序列进行系统进化分析,并为其构建了系统发育树。由试验结果可以得出,拟南芥SBP基因家族共包括30个成员,分布在4条染色体上,其分布比较集中,分成三大亚族。拟南芥SBP蛋白具有的生物功能是控制生物生长以及细胞分化,调节基因表达以及谷胱甘肽的分解代谢过程,在Cu²⁺跨膜转运中也有一定作用。另外,有许多的蛋白序列还具有分子功能——调控转录因子活性。该研究所得结果均为拟南芥SBP转录因子的进一步功能分析提出了重要研究依据。     

洛克沙胂对猪肝微粒体CYP3A4及CYP2E1蛋白的影响

洛克沙胂是一种常用的饲料添加药物,细胞色素P450酶系(CYP或P450)是动物体内药物代谢的主要酶类。本文研究了洛克沙胂对猪肝微粒体P450酶系中的2种酶CYP3A4和CYP2E1的蛋白表达的影响,为揭示该药的代谢机理、残留机制以及临床安全用药提供理论依据。实验将洛克沙胂以5、25和125mmol/L 3个剂量,分别添加到猪肝微粒体体外孵育体系中,以生理盐水作对照,于37℃孵育1h,测定微粒体蛋白含量及CYP3A4及2E1的蛋白表达。结果表明中剂量和高剂量的洛克沙胂对猪肝细胞微粒体的CYP3A4及2E1的蛋白表达均呈现抑制作用,而低剂量的洛克沙胂对CYP3A4和CYP2E1的蛋白表达影响很小。     

利用微卫星标记分析5个山羊品种的遗传多样性和进化关系

文登奶山羊、辽宁绒山羊和安徽白山羊分别为奶山羊、绒山羊和板皮用山羊的典型代表,利用微卫星标记对其进行遗传多样性检测。同时以波尔山羊作为对照,分析北京本地山羊与上述3个山羊品种的进化关系。结果显示,上述4个中国山羊品种的有效等位基因数(NEA)、Nei's无偏基因多样性(H)和等位基因丰富度(AR)分别为5.16~6.72、0.80~0.85和7.30~7.89,表明中国4个山羊品种具有丰富的遗传多样性。然而,杂合子缺失的结果提示波尔山羊和北京本地山羊品种内可能存在一定程度的近亲交配或人工选择。上述5种山羊品种间存在一定程度的遗传分化(FST=0.063),与之前报道的其他国家或地区的山羊结果类似。进化树和主成分分析显示,北京山羊与辽宁绒山羊遗传关系最近,与安徽白山羊的遗传关系较远,与文登奶山羊的遗传关系最远,这4个品种为进化的一个分支,而波尔山羊为另一个分支。该进化关系与产区气候条件和育种目标一致。     

昆虫化学感受基因家族研究新进展

主要介绍了化学感受基因家族的功能,进化模式及环境适应性等方面的最新进展,并对该基因家族今后的研究进行了展望.     

基于线粒体控制区分析固始鸡遗传多样性和起源进化

为探究固始鸡遗传多样性和母系起源,以73只固始鸡为试验素材,通过PCR扩增和测序技术,获得固始鸡线粒体DNA控制区全序列,并与19条红色原鸡序列构建系统发育树。结果表明：固始鸡mtDNA控制区全长为1 231或1 232 bp, 1 231 bp个体在859 bp处存在C缺失。73只个体共发现15处单核苷酸多态位点,为6种单倍型。遗传多样性分析表明,固始鸡平均核苷酸差异数(K)为5.287,核苷酸多样度(Pi)为0.004 29±0.000 13,单倍型多样度(Hd)为0.600±0.034。系统发育分析显示,6种单倍型可分为A和C 2个分支,A分支与原鸡滇南亚种(Gallus gallus spadiceus)聚为一类,C分支与原鸡印度亚种(Gallus gallus murghi)、原鸡滇南亚种(Gallus gallus spadiceus)、原鸡指名亚种(Gallus gallus gallus)以及原鸡印尼亚种(Gallus gallus bankiva)聚为一类,推测固始鸡可能有多个母系起源。这一研究为从分子水平探究固始鸡遗传资源保护和开发利用提供参考。     

番茄LBD基因家族的全基因组序列鉴定及其进化和表达分析

【目的】从番茄全基因组中鉴定LBD基因,并进行基因进化、基因结构、染色体定位以及组织表达和诱导表达分析,为番茄LBD基因的功能研究与利用奠定基础。【方法】利用番茄基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定番茄LBD家族成员;采用MEGA5软件进行系统进化树分析;通过perl程序、MapDRAW及GSDS工具进行基因结构及染色体定位分析;利用已有的番茄芯片数据进行组织表达谱和基因表达响应分析。【结果】系统分析鉴定了 46 个番茄LBD 家族基因,根据基因结构及系统进化分析将其分成class I与class II两类,细分为5个亚家族（Ia、Ib、Ic、Id与II）。基因定位表明,12 条染色体中的 10 条均有LBD 基因,该基因家族的分布具有广泛性。各个发育阶段表达谱的分析结果表明,LBD 家族基因具有不同的组织表达模式,在各个发育时期均有LBD 基因的表达。基因响应分析发现,不同LBD基因响应不同的外界信号。【结论】通过全基因组分析,番茄LBD家族基因包括 46 个成员,在进化上分为两大类,5 个亚家族,分布于 10 条染色体上,组织表达模式及基因响应具有多样性。这些信息为番茄LBD基因家族的功能分析奠定了基础。     

荔枝铝激活苹果酸转运蛋白基因家族的鉴定及表达分析

【 目 的】 挖 掘 参 与 荔 枝 生 长 发 育 的 铝 激 活 苹 果 酸 转 运 蛋 白（Al-activated malate transporter,ALMT）基因家族成员,探究其生物学功能。【方法】基于荔枝基因组数据库,借助 META SEARCH 工具和NCBI 的 CDD 数据库鉴定荔枝ALMTs成员,利用生物信息学方法系统分析LcALMT基因家族成员的蛋白理化性质、亚细胞定位预测、系统发育、基因结构、保守基序、染色体定位、启动子顺式作用元件、蛋白结构和表达模式等,通过 qPCR 方法分析荔枝 LcALMTs 的表达情况。【结果】荔枝 LcALMT 基因家族有 16 个成员,CDS 长度为118~803 bp,等电点在 5.16~9.07 之间。亚细胞定位预测显示,LcALMTs 均定位于质膜上,根据系统进化树将该家族划分为 5 个亚族。荔枝 LcALMTs 外显子数目在 3~10 个,有 4 个 LcALMTs 基因均不含非编码区。染色体定位分析发现,LcALMTs 只定位在荔枝 15 条染色体中的 6 条上,且主要定位在 13 号染色体上。保守基序分析发现,荔枝 ALMT 家族成员含有 ALMT 和 ALMT superfamily 两个结构域。顺式作用元件中,光响应元件占比最多,其次是激素响应元件。表达模式分析发现,荔枝 LcALMTs 在各个组织中的表达存在较大差异,其中 LcALMT5 和LcALMT15 在各个组织中均有表达且表达量较高,qPCR 结果表明 LcALMT5 的表达水平与转录组结果较为一致。【结论】16 个荔枝 ALMTs 具有保守的基因结构和蛋白结构域,组织表达存在差异。     

翡翠贻贝肾CYP4基因表达受多氯联苯影响的研究

[目的]了解多氯联苯(PCB)对翡翠贻贝肾中细胞色素P450第4亚族(CYP4)基因表达的影响。[方法]从野生翡翠贻贝cDNA中扩增得到了翡翠贻贝CYP4基因和β-actin基因的部分cDNA序列,并根据所得序列设计定量PCR引物,以β-actin为内参基因,以SYBRGreenI为荧光染料,利用荧光定量PCR对经PCB暴露处理后的翡翠贻贝肾中CYP4基因表达水平进行定量测定。[结果]PCB暴露处理对翡翠贻贝肾中CYP4基因的表达有明显的诱导作用,并且这种诱导作用对CYP4表达水平的影响与PCB暴露处理的时间以及浓度有相关性。[结论]该研究为CYP4基因作为生物大分子标记物在环境监测领域的应用提供了分子生物学水平的支持,同时为海水双壳类动物体内CYP4基因功能的研究提供了有益线索。     

柑橘CCD基因家族鉴定及CcCCD4a对果肉颜色的影响

【目的】研究类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)基因家族在柑橘基因组中的分布、结构及进化,对CcCCD4a在果肉颜色形成过程中的表达及其在不同果肉颜色的柑橘种质中的基因型进行研究,为开发用于果肉颜色的分子辅助育种标记奠定基础。【方法】根据已报道的CCD,采用同源比对法检索柑橘基因组中的CCD家族基因(CcCCD)。采用生物信息学软件构建系统进化树,进行亚细胞定位预测,预测蛋白质的相对分子质量与等电点(pI)等理化性质,预测保守motif,绘制家族基因Scaffold定位图。利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析CcCCD4a在柑橘果实颜色发育过程中的表达模式,利用测序技术鉴定30个柑橘品种的CcCCD4a基因型,采用Tassel软件进行单倍型分析。【结果】从克里曼丁橘(Citrus clementina)基因组中鉴定出14个CcCCD基因家族成员,可将其分为5个亚家族,即CcCCD1、CcCCD4、CcCCD7、CcCCD8和CcNCED。该家族蛋白理论等电点分布在6.05—8.53,编码氨基酸数目介于412—611个;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员主要位于叶绿体和细胞质中...     

选择与适应:兰科植物查尔酮合酶基因家族成员的分子进化和功能趋异

回顾了近十五年来国内外对各科植物查尔酮合酶基因CHS分子进化的研究成果,并结合作者近年来对兰科植物CHS基因分子进化的研究结果,对兰科植物CHS基因分子进化和功能趋异的机制展开综述,揭示了植物中普遍存在的CHS基因分子进化以及伴随的功能趋异的现象和机制,初步探讨了CHS基因分子进化与生物进化和自然选择的关系。     

苹果山梨醇脱氢酶基因家族的克隆及表达分析

【目的】进一步探明苹果中山梨醇脱氢酶（sorbitol dehydrogenase,SDH;EC 1.1.1.14）基因家族的分子特性。【方法】从‘嘎拉’苹果中克隆 SDH基因家族全长 cDNA 序列和gDNA 序列,检测它们在叶片和果实不同生长时期的表达模式。【结果】获得了12个苹果SDH基因家族cDNA序列,依次命名为MdSDH7-MdSDH18。除MdSDH18基因的全长gDNA序列由6个外显子和5个内含子组成,其余基因的全长gDNA序列由2个外显子和1个内含子组成。根据氨基酸序列相似性可以将这些SDH基因分为A和B两类。所有SDH基因在果实不同生长期均有表达,且中后期表达高于初期,但果实初期的SDH活性高于中后期。A类SDH基因在叶片不同生长时期的表达水平为幼叶＞衰老叶＞成熟叶,SDH活性也呈现出同样的趋势,但B类SDH基因在叶片不同生长时期的表达水平为衰老叶＞成熟叶＞幼叶。【结论】进一步证明了SDH基因在苹果中是以基因家族的形式存在的,且不同的基因家族成员在叶片和果实中有不同的表达特性。     

长穗偃麦草LBD基因家族的鉴定与进化分析

为深入研究长穗偃麦草LBD基因家族中基因的结构与功能以及小麦与其近缘属的进化关系,以长穗偃麦草LBD（Lateral organ boundaries domain）基因家族为研究对象,生物信息学分析发现该基因家族含有32个成员,根据其结构域特征,可分为Class Ⅰ和Class Ⅱ两个亚家族,Class Ⅰ又可分为Ⅰ_A、Ⅰ_B、Ⅰ_C、Ⅰ_D和Ⅰ_E,Class Ⅱ可分为Ⅱ_A和Ⅱ_B;该基因家族的结构域、基因结构相对保守,不同成员之间具有相似的蛋白二级和三级结构。对32个基因的上游序列预测,发现基因上游序列中含有光响应、多种激素、逆境响应等顺式作用元件,说明LBD基因的表达受到光、激素、逆境等多种因素的诱导。与普通小麦、圆锥小麦、乌拉尔图小麦、粗山羊草、大麦进行共线性分析发现,Tel-2E-LBD2、Tel-3E-LBD4、Tel-4E-LBD1和Tel-4E-LBD6为长穗偃麦草特有的LBD基因,而其他28个LBD基因在进化中具有高度的保守性;在普通小麦、圆锥小麦、乌拉尔图小麦和大麦基因组中均发现第1、3部分同源群染色体上存在染色体间的片段重复;普通小麦、圆锥小麦和乌拉尔图小麦的A基因组中第4、5部分同源群染色体均有易位现象,同时,乌拉尔图小麦4A染色体上存在染色体内片段重复而在普通小麦和圆锥小麦的A基因组上发现第4部分同源群染色体内易位与倒位。     

Evolution Analysis About Soybean MIR166 Family

MicroRNA(miRNA) is a class of important regulating non-coding small molecular RNA. The gma-MIR166 gene family consists of 21 members and their expression patterns diversify widely. It is important to analyze the evolution of gma-MIR166 gene family in order to understand the evolutionary mechanisms of miRNAs in soybean. In this study, we implemented soybean wide genome block analysis, the molecular phylogeny of gma-MIR166 and block analysis of gma-MIR166 family. The results showed that both chromosome big segmental duplications and tandem duplications were main reasons contributed to the expanding of gmaMIR166 gene family. These findings suggested that gma-MIR166 gene family might originate from one or two ancient miRNA genes. The results of research provided a support for evolutionary study of miRNAs in soybean and related species in Fabaceae.     

4个物种CCT结构域基因家族的序列进化分析

通过分析4个完成测序和注释的植物基因组,系统地分离鉴定了97个水稻、玉米、高粱和拟南芥的CCT结构域基因,并对相应蛋白质的结构和基因之间的系统演化关系进行了分析。结果表明:CCT结构域基因的蛋白质结构和特性在不同物种之间具有广泛的变异;不同基因组中CCT结构域基因通过染色体复制扩展了基因家族成员。根据其CCT结构域分为4组,其中1个亚组集中了绝大部分的禾本科CCT结构域基因,该亚组基因可能特异参与了禾本科作物开花时间的调控。基因家族成员的扩展,蛋白质结构的改变以及基因表达模式的变异共同导致了CCT结构域基因家族成员在物种间和物种内的功能分化。