红肉火龙果TST基因家族的生物信息学分析

为分离参与红肉火龙果果实可溶性糖积累的功能基因,基于转录组测序数据克隆液泡糖转运蛋白(Tonoplast sugar transporter,TST)基因家族,进行序列同源性、跨膜结构、亚细胞定位和系统发育等生物信息学分析。结果表明:红肉火龙果含有4个TST基因,开放读码框(open reading frame,ORF)长度为2 127～2 235bp,编码长度为708～744个氨基酸的序列。预测等电点为4.84～5.36,相对分子量为75.7～80.4kDa;红肉火龙果TST家族氨基酸序列与甜菜和藜麦TST家族具有74.9%～83.4%的相似性;红肉火龙果TST成员均含11～12个跨膜结构域,定位于质体、叶绿体、液泡或内质网等细胞器。系统进化分析表明HpTST1属于TST1类,HpTST2.1和HpTST2.2属于TST2类,HpTST3属于TST3类。     

绵羊KCNH1基因的生物信息学分析

以绵羊钾电压门控通道H亚家族成员1（potassium voltage-gated channel subfamily H member 1,KCNH1）基因为研究对象,利用生物信息学数据库及其相关软件,对其进行生物信息学分析,以初步了解其结构和生物学功能。结果表明,绵羊KCNH1基因所含最大长度序列为2 961 bp,且编码986个氨基酸残基。KCNH1基因编码的蛋白质分子式为C₄₉₇₂H₇₈₁₆N₁₃₄₂O₁₄₄₇S₄₀,其蛋白分子质量为110 827.28 KDa,理论等电点（pI）为7.52。亚细胞定位结果表明其编码产物主要可能定位于质膜（43.5%）,其次为内质网（34.8%）,属于非分泌蛋白。KCNH1蛋白质中不存在信号肽序列,但存在5段跨膜结构区域,该蛋白的二级结构以α螺旋为主,三级结构主要由α螺旋盘曲缠绕的方式形成。     

蓖麻液泡膜质子泵RcVP1基因克隆与表达分析

为挖掘耐盐基因,培育耐盐蓖麻新种质,本研究设计特异性引物克隆蓖麻液泡膜H+-PPase基因,将其命名为Rc VP1,该基因开放阅读框为2 304 bp,编码767个氨基酸,其编码蛋白质的分子量和等电点分别为8.04×104和4.94。Rc VP1含有保守的H+-PPase结构域,包括CS1、CS2、CS3高度保守区,有13个跨膜结构域。多重序列比对结果表明Rc VP1氨基酸序列与毛白杨的相似性最高,达95.00%,与Ⅰ型H+-PPase拟南芥AVP1的相似性高达88.53%,与Ⅱ型H+-PPase拟南芥AVP2的相似性只有36.41%,属于Ⅰ型液泡膜H+-PPase跨膜蛋白质。半定量PCR分析结果表明,该基因在蓖麻叶片、茎中受盐胁迫诱导上调表达,在种子中抑制表达。     

芝麻AQP家族的全基因组序列鉴定及其特征分析

【目的】从芝麻全基因组中分离鉴定水通道蛋白AQP（aquaporin）家族基因,并进行系统进化关系、连锁群定位、基因结构、跨膜结构域和亚细胞定位预测、保守性氨基酸残基以及青枯雷尔氏菌诱导表达分析,为芝麻AQP的功能研究与利用奠定基础。【方法】通过生物信息学手段,结合芝麻基因组注释信息,鉴定芝麻AQP家族成员序列信息,并用InterPro逐一进行验证。利用ClustalW2对芝麻、拟南芥和水稻的AQP以及马铃薯的XIPs进行多序列比对,用MEGA6.0构建进化树。通过MapInspect和Gene Structure Display Server 2.0进行连锁群定位和基因结构分析。采用ProtParam、WoLF PSORT和TMHMM Server v.2.0在线工具预测芝麻水通道蛋白的分子质量和等电点、亚细胞定位及跨膜结构域。通过芝麻、拟南芥和水稻AQP及马铃薯XIPs的蛋白多序列比对结果推测NPA基序、ar/R滤器及P1-P5的氨基酸残基。利用前期研究获得的转录组测序结果进行青枯雷尔氏菌诱导表达分析,并通过qRT-PCR技术对差异表达较为明显的12个芝麻AQP进行验证。【结果】系统分析鉴定了36个芝麻AQP家族基因,根据多序列比对及系统进化分析将其分为5个亚家族：13个质膜内在蛋白（PIP）、12个液胞膜内在蛋白（TIP）、8个类NOD26膜内在蛋白（NIP）、2个膜内在小分子碱性蛋白（SIP）和1个未知内在蛋白（XIP）,其中有34个基因定位在12个连锁群上。同一亚家族成员在基因结构、蛋白序列、亚细胞定位预测及保守性氨基酸残基等方面都较为相似。青枯雷尔氏菌诱导表达分析显示,NIPs、SIPs和XIPs表达无明显变化,部分PIPs和TIPs能够响应青枯菌诱导。SiPIP1;2、SiPIP1;3、SiPIP2;3和SiPIP2;4受青枯菌诱导后表达上调,SiPIP1;3和SiPIP2;3为持续上调,而SiPIP1;2和SiPIP2;4的表达先下调后上调;与之相反,表达下调较为显著的有SiPIP1;4、SiPIP2;1、SiPIP2;6、SiTIP1;1、SiTIP1;3、SiTIP2;1及SiTIP2;2。上述差异表达基因的qRT-PCR验证结果与转录组测序结果一致。【结论】通过全基因组分析,在芝麻中鉴定出36个AQP家族基因,分为5个亚家族,分布于12个连锁群上,大部分基因具有1-4个内含子（除SiNIP1;2有7个内含子外）。根据ar/R滤器和P1-P5氨基酸残基组成类型,预测不同亚家族AQP可能识别的底物。青枯菌诱导表达分析表明,部分PIPs和TIPs成员的表达发生了显著变化。     

商陆PaHAK1与拟南芥HAK/KUP/KT家族基因的比较分析

为探明商陆高亲和性K+转运体基因(Pa HAK1)的结构、功能及商陆耐低钾的原因,分析比较了商陆Pa HAK1和拟南芥HAK/KUP/KT家族基因中15个基因编码的高亲和性钾离子转运体氨基酸序列、蛋白质结构及其理化性质。结果表明:HAK基因家族编码蛋白均定位于细胞膜上,含有多个跨膜结构且跨膜结构域是蛋白质的保守结构域;Pa HAK1与At KUP3的跨膜结构十分相似,低钾胁迫下Pa HAK1和At KUP3的高表达与其高亲和钾转运吸收功能密切相关。系统进化树分析结果表明,Pa HAK1与拟南芥HAK基因家族中At KUP8亲缘关系最近,其氨基酸序列相似度为76.98%,推测Pa HAK1还可能通过维持细胞内高水平钾量在水分胁迫下发挥重要的调节作用。     

黄瓜质膜型Na~+/H~+逆向转运蛋白基因(SOS1)的克隆与序列分析

采用RACE(rapid-amplification of cDNA ends)方法从黄瓜Cucumis sativusL.中克隆出质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因的cDNA(CsSOS1),该cDNA全长3 638bp,其中开放阅读框为3 435bp,编码1 145个氨基酸。氨基酸同源性分析表明,CsSOS1氨基酸序列与水稻OsSOS1和拟南芥AtSOS1的氨基酸序列同源性较高,分别为64%和58%,而与液泡型的Na+/H+逆向转运蛋白氨基酸序列亲缘关系较远。蛋白质跨膜结构分析表明CsSOS1包含11个完全跨膜片段。激光共聚焦显微镜显示CsSOS1基因的编码区与YFP基因融合后,定位在细胞膜上。酵母功能互补试验结果显示CsSOS1参与Na+与H+的转运,表明该基因转化酵母后可以补充酵母SOS1的缺失。     

梭梭EF hand CaBP基因克隆及序列分析

采用RT-PCR、RACE等方法从超旱生、耐盐植物梭梭(Haloxylon ammodendron)中扩增出EF-handCaBP(EF-hand calcium-binding protein)基因的cDNA序列(GenBank登录号为JQ023165),其开放阅读框为732bp,推测的氨基酸序列全长为243个氨基酸残基。运用SMART、GOR4、TMPred等生物信息学软件对梭梭EF-hand CaBP功能域、跨膜结构进行分析显示,梭梭EF-hand CaBP含有26个氨基酸的信号肽序列及4个保守的钙结合位点(EF-hand),并且存在2种跨膜模型,推测梭梭EF-hand CaBP基因可能定位于液泡膜或叶绿体膜上。     

日本文昌鱼ZP蛋白氨基酸序列多样性的初步研究

ZP蛋白家族是一类具有相对保守的ZP结构域的蛋白质,通常在精卵结合过程中起作用。从日本文昌鱼（Branchiostoma japonicum）中发现一种编码927个氨基酸残基的ZP蛋白cDNA。利用SMART预测该ZP蛋白序列含有3个结构域：透明带结构域、跨膜结构域以及低复杂度区域。利用该ZP基因的整个开放阅读框,检测该基因在日本文昌鱼群体中的氨基酸序列多样性。研究结果发现,在9个日本文昌鱼个体中扩增获得序列长度为2 481~2 784 bp,编码826~927个氨基酸。氨基酸序列比对显示,存在55个变异位点,占总氨基酸残基数的5.93%（55/927）,其中有2个个体的氨基酸序列分别存在9个和101个氨基酸残基的缺失,这可能与ZP基因的不同剪切有关。揭示了日本文昌鱼ZP蛋白序列多样性可能与该蛋白的结构与功能多样性具有一定的相关性。     

铁皮石斛可溶性酸性转化酶基因克隆与表达分析

【目的】克隆铁皮石斛Dendrobium officinale可溶性酸性转化酶基因SAI,分析该基因生物学信息及时空表达特异性。【方法】基于同源序列克隆铁皮石斛SAI基因c DNA全长,采用生物信息学方法进行序列分析,并采用qRTPCR进行组织特异性表达分析。【结果】铁皮石斛SAI基因全长为1 595 bp,c DNA编码区1 368 bp,Genbank登录号为KU598852。该基因编码455个氨基酸,蛋白相对分子质量为50 700。NCBI BLASTx分析表明,该基因氨基酸序列与柑橘Citrus unshiu酸性转化酶基因、甜橙C.sinensis酸性β-呋喃果糖苷酶基因序列相似性最高,达77%,与其他植物酸性转化酶基因的相似性均高于68%。聚类分析表明,铁皮石斛SAI基因与玉米Zea mays液泡转化酶基因、甘蔗Saccharum officinarum SAI基因亲缘关系最近。该基因编码的蛋白质属于非跨膜结构的亲水性热稳定蛋白,定位于液泡中。SAI基因在2年生铁皮石斛的茎中表达量最高,3年生的叶中表达量最低。【结论】成功克隆铁皮石斛液泡酸性转化酶基因,该基因在铁皮石斛不同组织不同生育时期的表达量差异较大。     

谷子WAK基因家族全基因组鉴定及表达分析

细胞壁关联蛋白激酶（Wall-associated kinases,WAKs）是一类独特的类受体蛋白激酶（Receptor like ki?nases,RLKs），在寄主植物抗病反应中起着关键作用。为分析谷子WAK基因家族的特征及潜在功能，基于已研究发表的拟南芥、水稻WAK蛋白序列，通过同源序列比对的方法对xiaomi全基因组进行WAK基因家族鉴定，借助TBtools、MEGA等软件对谷子WAK基因理化性质、基因定位、系统进化、保守结构域、顺式作用元件进行分析。结果表明，共鉴定到谷子WAK家族成员41个，在谷子1～9号染色体上均有分布，编码590～1 131个氨基酸；蛋白质分子质量为65.62～123.36 ku，等电点为5.18～8.49;Si3g36660、Si7g23280、Si8g19780的蛋白表现为疏水性，其他蛋白均为亲水性；亚细胞定位预测结果显示，28个基因定位于质膜，6个基因定位于叶绿体，其他基因分别定位于高尔基体、液泡、内质网、细胞外基质。系统发育分析结果显示，谷子、拟南芥和水稻的WAK基因家族可分为5类，其中，Si1g24650与Os01g26174、Si1g123...     

麻风树油质蛋白JcOle16.6基因克隆及序列分析

分离克隆麻风树油质蛋白基因家族成员Jc Ole16.6基因的DNA序列(Gen Bank序列号为JX073622.1)。Jc Ole16.6基因全长601 bp,没有内含子,转录的Jc Ole16.6 mRNA具有468 bp的完整开放阅读框,编码含155个氨基酸残基、分子量为16.6 ku、等电点为9.99的Jc Ole16.6蛋白(Gen Bank序列号为AFP19884),属于植物油体结合蛋白油质蛋白家族的新成员。Jc Ole16.6属于稳定的两性蛋白质,具有3个结构域,即N端约30个氨基酸残基组成的含1个α-螺旋的亲水性结构域,肽链中间约78个氨基酸残基组成的含3个α-螺旋的高度疏水性跨膜结构域,C端约47个氨基酸组成的含1个α-螺旋的两亲性结构域。N端亲水性结构域和C端两亲性结构域分布于油体朝向胞浆一面,中间疏水跨膜结构域分布于油体半单位膜内,存在于中间疏水跨膜结构域中的由3个脯氨酸和1个丝氨酸组成的Pro-Knot高度保守结构域在Jc Ole16.6蛋白与油体半单位膜准确定位和稳定维持油体结构方面起着重要作用。研究结果为Jc Ole16.6基因表达调控和生理功能等研究奠定了基础。     

青天葵DXR基因编码蛋白的生物信息学分析

为后期青天葵DXR基因的全长克隆、功能鉴定和调控研究奠定基础,采用生物信息学方法对前期通过转录组测序获得的青天葵DXR基因编码蛋白序列进行分析。结果表明:NfDXR序列包含457个氨基酸,分子量约为49.72Ku,为亲水性、混合结构型蛋白质。NfDXR属于1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶超级家族,含有DXR功能域、2个NAPDH结合基序和2个DXR活性位点基序,不具有跨膜结构域和信号肽结构。NfDXR与其他单子叶植物DXR同源性高,其中与铁皮石斛DXR的序列相似度达90%。     

甘蔗乙烯受体基因Sc-ERS的克隆与序列分析

根据已知乙烯受体基因的序列信息,设计1对简并引物和1对特异引物,对甘蔗叶片基因组DNA进行PCR扩增,获得1个甘蔗乙烯受体基因（Sc-ERS）的片段,其大小为4310 bp,包含1个由5个外显子和4个内含子组成的4219 bp大小的完整编码区。Sc-ERS编码区与玉米乙烯受体ERS1基因（AY359578）、水稻乙烯受体ERS1基因（AY043031）编码区的同源性分别为91.4%、61.6%;推导Sc-ERS编码的蛋白包含636个氨基酸残基,与玉米、水稻乙烯受体基因所编码蛋白的氨基酸同源性分别为94.1%、89.4%。其推导蛋白结构分析结果显示,Sc-ERS编码的蛋白和玉米、水稻ERS1所编码的蛋白相同,在N段保守区含有3个跨膜结构,并由3个跨膜结构、GAF结构、HisKA和HATPase_c组成功能域。核苷酸序列分析和蛋白质结构分析结果表明,Sc-ERS基因属于ERS1基因。     

胡麻SUC基因家族的鉴定与生物信息学分析

利用多个物种的SUC基因蛋白序列在胡麻基因组内进行BlastP分析,通过Pfam确认结构域,获得胡麻SUC基因家族成员,并进行基因结构分析;对蛋白分子量、等电点、信号肽、跨膜结构域、糖基化修饰位点、亚细胞定位、Motif及二级结构进行预测。结果鉴定得到12个胡麻SUC基因家族成员,大部分成员含有4个以上的外显子,10个以上跨膜结构域,并获4个特征性Motif。进化树分析显示,胡麻SUC分别属于SUT1、SUT2和SUT4家族。     

中国莲P_(1B)-ATPase亚家族成员的生物信息学分析

P_(1B)-ATPase是在生物中广泛存在的一类可通过水解ATP跨膜运送重金属离子的蛋白,属于P型ATPase家族的一个亚类,在植物对重金属离子的转运过程中扮演着重要角色。以拟南芥和水稻中已知的P_(1B)-ATPase蛋白为对照,对中国莲P_(1B)-ATPase蛋白亚家族成员进行序列比对、系统发育、保守基序、跨膜结构、二级结构、三级结构和亚细胞定位等生物信息学分析。结果表明,中国莲存在4个P_(1B)-ATPase蛋白,分别命名为NnHMA1、NnHMA2、NnHMA3、NnHMA4,其中NnHMA1属于Zn~(2+)/Co~(2+)/Cd~(2+)/Pb~(2+)P_(1B)-ATPase (Zn亚类),NnHMA2、NnHMA3、NnHMA4属于Cu+/Ag+P_(1B)-ATPase(Cu亚类),它们均定位于质膜上,属于跨膜蛋白,有5～8个跨膜结构,含有DKTGT、TGE、C/SPx、HP等保守基序;二级结构和三级结构在组成和结构上具有较高的相似性和保守性,以α-螺旋、无规卷曲元件为主,其他元件包括延伸链和β-转角等。研究结果展示了中国莲P_(1B)-ATPase蛋白亚家族成员的序列基本信息和结构特点,为深入研究中国莲P_(1B)-ATPase蛋白及其编码基因的功能提供了理论基础。     

三角帆蚌AMP基因cDNA全序列的克隆及分子特征研究

以三角帆蚌（Hyriopsis cumingii）为研究材料,根据实验室构建的三角帆蚌cDNA文库中已标注的EST序列, 利用RACE克隆了三角帆蚌AMP基因的cDNA全序列。该cDNA序列全长为970 bp,5′端非翻译区123 bp,3′端非翻译区526 bp,开放阅读框（ORF）长为300 bp,共编码99个氨基酸,包含一段由27个氨基酸组成的信号肽和72个氨基酸的成熟肽,分子量为10 924.7 u。氨基酸序列分析表明,该序列存在明显的跨膜结构和疏水区。同源性分析表明,该基因编码的蛋白与海兔（Aplysia californica）theromacin氨基酸序列的相似度最高为56%,而与贻贝等中发现的抗菌肽defensins、mytilins、myticins和mytimycins相似度较低,推测属于抗菌肽theromacin基因家族。Jpred3软件对三角帆蚌AMP蛋白的二级结构预测结果表明,在第2～22、57～62氨基酸残基处存在α螺旋,因此,三角帆蚌的AMP蛋白是包含跨膜螺旋的膜蛋白。为进一步研究该基因的表达、功能及三角帆蚌病害防御奠定了分子基础。     

水稻亚硒酸盐转运子OsNIP2;1及其家族成员的蛋白结构分析

OsNIP2; 1是水稻亚硒酸盐转运子,是类NOD26内在蛋白家族的成员。本研究从Gen Bank数据库检索获得水稻、玉米和拟南芥的NIP家族成员氨基酸序列信息,利用生物信息学方法对OsNIP2; 1及其家族成员的蛋白理化性质、蛋白结构进行分析,对3种植物NIP家族成员的同源和进化关系进行评估。研究结果表明,OsNIP2; 1是定位于细胞质膜中的疏水性跨膜蛋白,包含6个跨膜结构域,其二级结构由38. 26%的α螺旋、21.48%的延伸带、10.40%的β转角和29.87%的随机卷曲等构成; OsNIP家族的其他成员都与OsNIP2; 1具有类似的蛋白理化性质和结构; 3种植物NIP家族成员的同源性很高,其氨基酸序列比对和进化树都显示出进化过程的高度保守性。     

哈茨木霉几丁质合酶基因ThChsC的克隆及序列分析

 【目的】克隆哈茨木霉几丁质合酶基因全序列,并对序列进行生物信息学分析。【方法】利用多聚酶链式反应（PCR）和染色体步移技术（genome walking）克隆几丁质合酶基因全序列;应用生物信息学软件对获得的基因序列及编码的蛋白序列进行分析;通过同源建模,对蛋白质的三维结构进行预测。【结果】从哈茨木霉（Trichoderma harzianum Th-33）中扩增得到几丁质合酶基因ThChsC（GenBank登录号HQ419000）,编码区（CDS）长为2 835 bp,由4个外显子和3个内含子组成,开放阅读框（ORF）长2 688 bp,编码895个氨基酸。序列比对和同源性分析显示,该基因与串珠状赤霉（Gibberella moniliformis,ACY08039.1）和禾生刺盘孢菌（Colletotrichum graminicola,AAL23718.1）几丁质合酶基因相似性最高,分别为80%和81%;相应的氨基酸序列同源性均为80%,系统进化分析表明,ThChsC属于III型几丁质合酶亚家族。几丁质合酶ThChsC含有1个Chitin_synth_1结构域,1个Chitin_synth_1N结构域,1个Chitin_synth_2结构域,3个跨膜结构域,不含信号肽,为膜结合蛋白。对预测的三维结构分析表明,ThChsC含有糖基转移酶的保守DHD结构域。【结论】从哈茨木霉Th-33中克隆得到几丁质合酶基因ThChsC,对该基因的深入研究有助于探索哈茨木霉几丁质合成的机制。     

月季RhD14基因克隆、亚细胞定位及表达分析

【目的】克隆月季独脚金内酯（SLs）信号应答底物受体即α/β折叠水解蛋白基因Dwarf 14(D14),对其进行亚细胞定位及表达分析,为探究该基因的生物学功能及其在SLs调控月季侧枝发生中的转导机制提供理论支持。【方法】以月季品种滇红为材料,克隆RhD14基因并进行生物信息学分析,同时采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在不同组织中的表达情况,利用烟草瞬时转化系统对RhD14基因编码蛋白进行亚细胞定位。【结果】克隆RhD14基因（GenBank登录号OP009358）cDNA序列1094 bp,包含完整的开放阅读框（ORF）,长度为1045 bp,编码347个氨基酸残基,蛋白分子式为C1738H2703N441O510S15,相对分子量为38.41 kD,理论等电点（pI）为5.71,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,且RhD14为无跨膜结构和信号肽的稳定蛋白,属于α/β水解酶家族,亚细胞定位于细胞质和细胞膜上。同源序列比对和系统发育进化树分析结果显示,RhD14蛋白的氨基酸序列与同属的古老月季品种月月粉RcD14(XP＿024283944.1)的相似性最高为98.05%,...     

青天葵PAL基因序列特征和表达分析

在前期完成的青天葵(Nervilia fordii)转录组测序数据的基础上,采用生物信息学方法对3个青天葵PAL基因家族成员(NfPAL1、NfPAL2和NfPAL3)的c DNA序列及其编码蛋白质的氨基酸序列进行特征分析,并计算这些基因在青天葵叶片和球茎中的表达量。结果表明,从转录组数据中获得的3个青天葵PAL基因家族成员c DNA序列长度为1 743~2 091 bp,编码581~697个氨基酸。这些PAL基因编码包含苯丙氨酸解氨酶多功能域,并且不含跨膜结构域、信号肽和转运肽的亲水性稳定蛋白。3个青天葵PAL基因在青天葵中的表达呈组织特异性,其中,NfPAL1和NfPAL3在球茎中的表达量较高,而NfPAL2在叶片中具有较高的表达水平。