葡萄NBS-LRR基因家族的鉴定与表达分析

为了克隆葡萄中NBS-LRR基因家族成员,并对其功能进行鉴定。以‘黑比诺’葡萄试管苗为试验材料,采用RT-PCR克隆葡萄NBS-LRR基因家族并进行生物信息学分析,结合芯片表达数据及RT-qPCR技术分析了该家族基因在非生物胁迫下的表达情况。结果表明,从葡萄中克隆得到41个NBS-LRR成员,对其编码的蛋白分析表明,分子量在56 362.76～177 974.27 Da之间,等电点(pI)介于5.31～9.54,有11个成员分布在未知染色体上,其他成员分别定位在8条染色体上;二级结构以α-螺旋和不规则卷曲为主。RT-qPCR结果显示,VvNBS-LRR08在50μmol/L JA和400 mmol/L NaCl处理24 h后表达水平达到对照的760倍以上,VvNBS-LRR03和VvNBS-LRR28在400 mmol/L NaCl处理后表达水平分别为对照的3.5和1.3倍,10%PEG处理后VvNBS-LRR03和对照无显著差异,而VvNBS-LRR28表达水平下调显著;VvNBS-LRR05和VvNBS-LRR40在10%PEG处理24 h表达水平分别为对照的1.3和3.6倍,Vv...     

向日葵DGATs基因家族的鉴定及表达分析

二酰基甘油酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase, DGAT)在植物油脂代谢和抗逆过程中发挥重要作用。为探究DGAT基因在向日葵(Helianthus annuus L.)中的进化及在油脂积累和非生物胁迫应答中的功能,本研究以拟南芥AtDGATs基因为基础序列,通过同源比对从向日葵基因组中获得18个DGAT同源基因序列,并对其染色体分布、基因结构、蛋白保守结构域、系统进化关系、组织特异性表达以及非生物胁迫下的表达模式进行系统分析。结果表明,向日葵DGATs基因可分为4个亚族(DGAT1、DGAT2、DGAT3和WSD),且同一亚族成员具有相似的基因结构和蛋白保守基序;HaDGATs基因的启动子区富含逆境和植物激素响应相关元件;片段复制是导致该基因家族扩张的主要因素; qRT-PCR结果表明, HaDGAT1、HaDGAT2和HaDGAT3主要在种子发育的早、中期表达,与种子油脂快速积累密切相关,而HaWSDs亚家族基因主要在茎、叶和花中表达。盐、低温、干旱和ABA处理后,多数HaWSDs基因在向日葵根、茎和叶中呈现诱导表达,推测其可能在对逆境胁迫的响应...     

葡萄HXK基因家族的鉴定与表达分析

为了对葡萄HXK基因家族进行鉴定和表达分析,利用拟南芥和玉米的HXK(Hexokinase)基因注册序列,从葡萄全基因组中鉴定得到HXK基因4个,并命名为VvHXK1、VvHXK2、VvHXK3和VvHXK4,对其进行生物信息学分析。蛋白质理化性质分析结果表明,每个基因编码的氨基酸个数分布在412-524 aa,VvHXK4是碱性蛋白,其余3个均为酸性蛋白;亚细胞定位分析表明,4个VvHXK基因都在细胞质中表达,且VvHXK4主要定位于叶绿体,而VvHXK2也存在于线粒体和细胞核中;蛋白质的二级结构预测表明,4个VvHXK基因编码的蛋白主要以α-螺旋为主;外显子结构分析表明,除VvHXK1含10个外显子外,其余3个都有9个外显子,说明VvHXK基因比较保守;启动子顺式作用元件分析表明,4个VvHXK基因均含有ABA响应元件和MYB及WRKY转录因子的结合区域,而VvHXK4中没有发现低温响应元件;系统进化树分析表明,VvHXK1与拟南芥AtHXK1的同源关系最近,推测其不仅具有调节生长发育,影响根系的生长等功能,而且具有加速衰老的作用。VvHXK2与马铃薯StHXK1的同源关系最近,推...     

辣椒NHX基因家族的鉴定和表达分析

为了解辣椒中NHX基因家族生物信息学功能,探究其在非生物胁迫下基因表达特性,进而为辣椒CaNHX基因的功能开发以及辣椒耐盐抗旱育种基因提供基础.通过生物信息学方法对辣椒NHX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7个GME家族成员,可分为3个...     

矮牵牛TPS家族基因的鉴定与PhTPS1的表达分析

研究表明海藻糖能够参与调控植物的分枝发育。本研究利用生物信息学方法,从矮牵牛全基因组数据库中鉴定出10个TPS家族成员基因。进化树分析显示,矮牵牛10个TPS蛋白家族成员分为ClassⅠ和ClassⅡ两大类。ClassⅠ中PhTPS1和PhTPS2均含有16个内含子。ClassⅡ中所有成员均含有2个内含子。TPS 10个成员中共找到6个Motif。PhTPS1、PhTPS2、PhTPS3、PhTPS4、PhTPS5、PhTPS8、PhTPS9、PhTPS10均含有Motif1~Motif6,PhTPS6和PhTPS7含有Motif1~Motif5。利用实时荧光定量PCR分析PhTPS1基因在不同组织、不同处理下的表达水平。组织特异性表达分析显示:PhTPS1在叶腋中最高,而花瓣中的表达量最低;对PhTPS1在去顶后及生长素和细胞分裂素处理后的表达水平进行了检测,结果表明:去顶6 h后PhTPS1显著上升,但随之逐渐下降;去顶后施加IAA则明显抑制了去顶引起的PhTPS1的上调;施加6-BA6 h能够引起PhTPS1表达水平的显著上升,但24 h后表达水平明显降低。该研究对于揭示矮牵牛分枝发育机理以及培育分枝特性不同的矮牵牛新品种均具有重要意义。     

大白菜TPS基因家族鉴定及其在高温胁迫下的表达分析

为明确大白菜TPS(BrTPS)家族成员信息及对高温胁迫信号的响应,本研究利用生物信息学方法,在大白菜基因组数据库中鉴定了BrTPS基因家族成员,并对其理化性质、进化特征、蛋白结构及在高温胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,大白菜全基因组含有15个TPS基因家族成员,分布于8条染色体上。除BrTPS14和BrTPS15外,其余成员各含有1个TPS和1个TPP结构域,并且所含motif的排列顺序也完全一致。理化性质分析发现,15个成员的氨基酸长度介于129~1459 aa之间,分子量大小在14.73~165.83 kD之间,大部分BrTPS蛋白为酸性蛋白和亲水蛋白,以无规则卷曲作为二级结构主要构成元件。进化分析表明,大白菜TPS基因家族成员可分为2类,其中ClassⅠ包含5个成员,ClassⅡ包含10个成员。本研究对高温胁迫前后不同组织和持续高温胁迫下叶片中的表达分析,发现大部分的BrTPS基因可对高温胁迫产生响应,但在表达规律上存在差异。这些研究结果为后续研究大白菜TPS基因提供一定参考。     

花生SWEET基因全基因组鉴定及表达分析

SWEET (sugars will eventually be exported transporter)蛋白是一类结构保守、不依赖能量的糖转运蛋白,在植物生长发育、响应生物/非生物逆境胁迫等生理过程发挥重要作用。目前,尚未见花生SWEET基因相关报道。本研究首次全基因组挖掘了花生SWEET基因,对其分子特征及表达模式进行了细致分析。结果表明,栽培种花生和2个祖先野生种基因组分别存在55、25、28个SWEET基因,随机不均匀分布在各染色体上。来源于野生种和栽培种的同源基因在染色体位置相近,但也存在个别缺失,这验证了花生野生种和栽培种的进化关系,也暗示了基因组复制加倍过程中存在同源基因的丢失或扩张。基因内含子-外显子数目和位置以及启动子中顺式作用元件种类和数量均存在差异,暗示了花生SWEET基因生物学功能的多样性。系统进化分析将花生SWEET基因分为4个亚家族Clade I～Clade IV,同一亚家族同一分支的基因具有相似的外显子-内含子结构。分析Clevenger等组织表达谱发现部分基因表现为组织优势表达,这为深入了解SWEET基因行使功能部位提供了参考。此外,基于课题组前期发表...     

葡萄GRF基因家族的生物信息学分析

GRF (Growth-regulating factor)基因家族是一种广泛分布于种子植物的转录因子,在调节植物的生长、发育中发挥重要的作用。本研究从葡萄基因组鉴定出8个VvGRF基因,命名为VvGRF1～VvGRF8。采用生物信息学的方法,系统地对葡萄Vv GRF家族的蛋白理化性质、进化关系、保守基序及在不同发育时期的差异性表达进行预测和分析。结果表明,VvGRF基因内含子与外显子数量差异较小,在所有预测蛋白的N端含有两个典型的保守结构域QLQ与WRC;系统进化分析将GRF家族成员分为6组,其中葡萄与甜瓜的亲缘关系较拟南芥、番茄两种双子叶植物近;顺式作用元件表明,调控分生组织、胚、种子发育及生长素、赤霉素等信号传导和逆境胁迫响应元件,在VvGRFs启动子序列中大量存在;基因特异性表达分析显示,多数GRF基因在葡萄发育的花后2周、10周时期的表达丰富度高,在接近成熟时期的表达丰富度较低,表明GRF在葡萄生长、转色早期起着重要的作用,参与组织、器官的生长调节。本研究为进一步探究葡萄GRF基因家族的结构及生长发育时期的功能调节提供了参考依据。     

辣椒Whirly基因家族的鉴定及表达分析

为了探索辣椒Whirly基因家族成员的功能和进化关系,通过生物信息学分析了其基因结构、保守基序、进化关系及表达模式,通过荧光定量PCR测定其在脱落酸、高温、低温、疫病等胁迫下的表达量。结果表明,从辣椒CM334中鉴定了2个Whirly基因家族成员,CaWHY1和CaWHY2。辣椒CaWHY1和CaWHY2同其他物种Whirly基因理化性质相比,差别不大,结构相似性高,CaWHY2基因和番茄的SlWHY2基因结构完全一样,在系统进化树中聚在一起。CaWHY1与SlWHY1聚在一起,但它们的基因结构不同,说明Whirly蛋白在进化过程中,结构保守。表达模式分析发现,CaWHY1和CaWHY2在辣椒CM334中均能表达,但在不同组织和果实发育时期的表达水平存在差异。CaWHY1和CaWHY2在不同胁迫处理下受到不同程度的诱导,其中CaWHY1明显受疫病的诱导,CaWHY2在低温处理和脱落酸胁迫下的表达量变化趋势相反。由此可知,Whirly基因家族在辣椒的生长发育中起调控作用,在各种逆境胁迫中也发挥一定作用。     

普通烟草VQ家族基因的鉴定及表达

VQ家族是一类植物特有的家族,被报道参与生长发育、生物和非生物逆境胁迫响应等过程。本研究利用生物信息学和比较基因组学的方法,在烟草基因组中对VQ家族成员进行鉴定,并进行进化分析、共线性分析、复制分析以及表达模式等分析。本研究从烟草基因组中鉴定出57个VQ家族成员编码基因,其中33个普通烟草VQ基因被锚定到染色体上。系统发育分析发现,普通烟草和拟南芥的VQ家族成员被分成了9个亚家族。共线性分析表明,普通烟草NtVQ23与拟南芥中的AtVQ16形成共线性基因对。同时,对烟草基因组中的复制事件分析表明,全基因组重复事件在VQ家族成员的扩张中发挥着重要作用。此外,还对部分VQ家族成员的表达模式进行了分析,结果表明VQ基因的表达具有组织特异性,NtVQ9、NtVQ26等基因能够被青枯病接种和盐胁迫处理显著诱导。本研究对普通烟草VQ家族成员进行了鉴定与分析,为其后续研究VQ家族成员的功能提供了一定基础。     

辣椒CaHMA基因家族的全基因组鉴定和表达分析

为了研究辣椒HMA家族基因介导的潜在机制,本研究从辣椒中鉴定出了6个辣椒HMA家族基因,并根据序列比对和系统发育分析将其划分为两个亚家族。对辣椒基因家族进行染色体定位、基因结构和基序组成分析,结果表明,辣椒HMA家族基因在进化过程中相对保守。启动子分析表明,大多数辣椒HMA家族基因含有与非生物胁迫相关的顺式作用元件。转录组数据分析表明,CaHMA2～CaHMA6基因在植物的各组织和各发育时期均有表达,而Zn/Co/Cd/Pb亚群的基因在辣椒各生育期不表达。通过qRT-PCR验证了该基因家族成员在镉和铜胁迫下的表达情况,发现在两种重金属的胁迫下,Cu/Ag亚群的CaHMA5基因表达显著上调,表明CaHMA5在镉和铜胁迫中发挥着重要作用。最后通过酵母镉耐受性试验发现,CaHMA5能够提高酵母的镉耐受性使其恢复生长,暗示CaHMA5具有Cd²⁺转运功能。本研究为深入解析CaHMA5的功能以及培育辣椒新品种提供了理论依据。     

石榴CBF基因家族的鉴定及响应冷胁迫的表达模式

冷胁迫是限制石榴生产的主要非生物胁迫之一。C-repeat binding factors (CBFs)是一种可被快速诱导的关键信号基因,在植物的低温应答中起着至关重要的作用。然而,CBF家族在石榴中尚未阐明,该家族在低温诱导条件下的表达模式尚不清楚。本研究在石榴基因组中鉴定了7个Pg CBF家族基因,并分析了它们的蛋白保守结构域、蛋白理化性质、基因结构、系统进化、启动子顺式作用元件以及低温诱导条件下的表达模式。结果表明,7个Pg CBF蛋白均具有AP2/ERF结构域;7个PgCBF基因分布在1号(5个)和4号(2个)染色体;系统进化分析发现,7个Pg CBF蛋白分为3个亚类;启动子顺式作用元件分析发现,石榴CBF可能参与激素响应、非生物胁迫响应过程。冷胁迫处理下,除PgCBF4外,其余6个PgCBF基因均被显著诱导,表明PgCBF基因参与响应冷胁迫生物学过程,本研究为后续深入开展石榴抗性分子设计育种研究提供一定理论基础。     

枣LAC基因家族的鉴定与表达分析

对枣LAC基因家族成员进行鉴定,并进行生物信息学和表达模式分析,为进一步研究枣LAC基因家族成员的功能提供参考依据。从枣(Ziziphus jujuba Mill.)基因组中鉴定得到36个ZjLAC基因,编码439～621个氨基酸,分子量大小在49.09～69.86 kD之间,等电点为4.97～9.77,大多数为亲水性蛋白。亚细胞定位预测发现,47.22%的ZjLAC蛋白位于细胞外。ZjLAC基因家族成员不均匀地分布在枣的9条染色体上,其中定位到Chr.11上的成员最多有8个。系统发育分析将ZjLAC基因家族成员分成6组(Ⅰ～Ⅵ)。对枣LAC基因表达模式分析结果表明,8个成员在"壶瓶枣"果实发育过程中表达量较高,结合系统发育分析,推测这些基因可能在枣逆境胁迫和类黄酮代谢过程中发挥着重要作用。本研究为ZjLAC家族基因的功能研究奠定了理论基础。     

烟草MRS2/MGT基因家族的鉴定与表达分析

为鉴定烟草基因组中的镁转运蛋白(MGT)基因,探讨MGT对烟株镁离子运输的机制,首先以水稻和拟南芥基因组中的镁转运蛋白家族基因为参考序列,应用同源序列比对方法,从烟草基因组中鉴定获得7个NtMGTs,均具有保守的Gly-Met-Asn三肽基序。再设计不同镁供应水平和光强处理的实验,结果发现NtMGTs的表达具有组织特异性且受光诱导表达。强光处理使烟株根中NtMGT1与叶片中的NtMGT2、NtMGT4、NtMGT5的表达量上升。随着镁供应浓度的上升,根系NtMGT1基因表达量提高且与根系镁含量变化趋势一致,推断NtMGT1基因主要介导烟株根系对镁的吸收;而叶片中NtMGT2、NtMGT4与NtMGT5基因表达量先上升后降低,说明3个基因属于高亲和镁离子转运系统。高温强光胁迫下,适当施镁能提高烟株地下部NtMGT1表达,促进根系吸收镁离子;提升地上部NtMGT2、NtMGT4与NtMGT5基因表达,促进镁离子的转运,保障烟株正常的生长发育。研究结果可为烟草生产上合理施镁提供理论指导。     

甘蔗PIN-LIKES基因家族的鉴定与表达分析

PILS (PIN-LIKES)是一类新发现的生长素输出载体,协助生长素的极性运输。本研究立足甘蔗割手密基因组和栽培品种转录组数据,利用生物信息学分析技术,分别在割手密和栽培品种中鉴定到11个PILS(Saccharum spontaneum PIN-LIKES, SsPILS)基因和4个PILS (Saccharum spp. hybrid PIN-LIKES, ScPILS)基因。结果表明, 11个SsPILS基因家族成员分布于6条染色体上,基因内含子数量介于5～11个。系统进化树分析发现,割手密PILS与水稻PILS有较高同源性,归属于3个不同的系统发育分支。转录组数据分析显示, SsPILS1c的同源基因ScPILS1c在受高粱花叶病毒和黑穗病菌胁迫甘蔗栽培种中差异表达。通过RT-PCR扩增技术,克隆获得ScPILS1c基因序列(NCBI accession number:OM258732)。该基因全长cDNA为1332 bp,包含一个1233 bp的完整开放阅读框,编码410个氨基酸,理论等电点(pI)为6.17,不稳定系数为39.31,平均疏水性值为0.689,预测ScPI...     

谷子PP2C基因家族的特性

PP2Cs (2C type protein phosphatases)是一种单体丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在真核生物中,PP2Cs在脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)等激素信号传导途径中起着重要的调控作用。本研究通过序列比对,从谷子基因组中筛选出80个PP2C候选基因,聚类分析将其分为12个亚族(A、B、C、D、E1、E2、F1、F2、G、H、I、J)。与拟南芥PP2C基因家族比对表明,A~I为2个物种共有的亚族,J亚族只存在于谷子基因组中,L亚族只存在于拟南芥中。将谷子A亚族的10个成员命名为SiPP2CA1-10。基因表达谱分析表明,A亚族基因不同程度受ABA、干旱、高盐、低温和低氮诱导表达,其中,SiPP2CA6、SiPP2CA8在5种处理下诱导表达量都高。对10个A亚族成员的启动子分析发现,在这些基因的启动子序列中含有多种参与逆境胁迫应答的顺式作用元件,其中,SiPP2CA5、SiPP2CA6、SiPP2CA7、SiPP2CA8的启动子中含有参与低氮胁迫响应的元件。进一步研究发现,SiPP2CA8主要在根部表达,且在低氮胁迫下一直有较高的表达水平。亚细胞定位结果显示SiPP2CA8定位在细胞膜、细胞质、细胞核中;双分子荧光互补试验(BiFC)结果表明,SiPP2CA8与一个ABA受体类似蛋白SiRCAR3(基因号Si018317m.g)在细胞膜、细胞质及细胞核上互作,表明SiPP2CA8在谷子中可能参与ABA信号传导过程。     

冷胁迫下甘蓝型冬油菜表达蛋白及BnGSTs基因家族的鉴定与分析

谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferases, GST)参与调节植物生长、发育和逆境胁迫反应的许多方面。本研究利用双向电泳和质谱技术分析‘16VHNTS309’在冷胁迫下差异表达的蛋白质,基于GO和KEGG分析鉴定出BE、APX、SOD、GST等参与冷胁迫反应的蛋白质。利用q RT-PCR和生理指标鉴定到响应冷胁迫的关键蛋白质GST,采用同源克隆法克隆到‘16VHNTS309’的GST基因。该基因CDS长度为642bp,编码213个氨基酸,是一个不稳定蛋白,属于GST＿N＿3谷胱甘肽S-转移酶家族,与甘蓝型油菜‘ZS11’序列相似性为99.22%,与‘ZS11’和‘Vision’两者的氨基酸序列相比较发现第127位亮氨酸(L)突变为脯氨酸(P)。基因家族分析表明,在甘蓝型油菜中共鉴定到153个Bn GSTs成员,按其功能主要分为Zeta、Phi、Theta、CHQ、DHAR、Lambda和Tau这七大类型,大部分的Bn GSTs属于Phi和Tau这2种类型。系统进化将Bn GSTs分为12个亚家族,亚家族Ⅰ和Ⅷ包含了较多的成员,Bn GSTs不均匀的分布在1...