陆地棉MADS-box家族基因鉴定及组织特异性表达分析

【目的】MADS-box蛋白是1种重要的转录因子,参与调控棉花生长发育进程。鉴定分析陆地棉MADS-box家族基因,可为研究其生物学功能奠定基础。【方法】基于2019年最新组装的陆地棉TM-1参考基因组,通过HMMER 3.0软件鉴定陆地棉TypeⅠ型及MIKC型MADS-box基因。利用MapInspect、MEGA7.0、MEME和TBtools软件以及omicshare网站进行染色体定位、多序列比对聚类分析、Motif预测、基因结构鉴定以及组织特异性表达分析。【结果】从全基因组水平上鉴定出181个陆地棉MADS-box基因(66个TypeⅠ型和115个MIKC型),染色体定位发现该181个基因在陆地棉26条染色体上均有分布,其中A组染色体上分布有78个基因、D组上分布有103个基因。系统进化分析显示TypeⅠ型MADS-box蛋白有3个亚家族,MIKC型蛋白包括MIKC*型和含有10个亚家族的MIKCC型;motif预测结果显示所有MADS-box蛋白均含有MADS结构域,基因结构分析结果显示,外显子、内含子结构和长度在各亚家族内具有同一性;组织特异性表达分析发现MADS-box家族基因中有33个在纤维组织中优势表达,103个在花器官中优势表达,41个基因在根茎中优势表达。【结论】本研究通过生物信息学方法,鉴定并获得了与陆地棉开花调控和纤维发育相关的MADS-box基因,对于揭示棉花纤维品质等重要性状的遗传调控机制及分子育种具有一定的理论意义和应用价值。     

辣椒MIKC型MADS-box基因家族鉴定及胁迫响应

MADS-box家族在花的诱导和发育中作用广泛,有些基因在明显不相关的发育阶段具有多种功能。本研究通过生物信息学对辣椒MIKC型MADS-box家族系统发育树、保守结构、基因特征、GO和KEGG富集分析、时空表达等进行系统分析。在辣椒中共鉴定到25条MIKC＿MADS基因,均具有MIKC＿MADS的N端SRF-TF和C端K-box保守结构域,氨基酸数为122～278 aa,为两性亲水性蛋白。Motif分析发现,25条CaMADS-box基因均含有Motif1、Motif2、Motif4共3个保守基序。染色体定位发现,25条基因不均匀地分布在12条染色体上,其中染色体Chr02定位基因最多,共计5条基因。共线性分析发现MIKC＿MADS在野生种Chiltepin中存在多个共线性区块。GO富集分析发现,MIKC＿MADS主要参与植物生长初期发育过程,主要是花器官、胚乳发育过程,KEGG富集到甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢(ko00260),乙醛酸盐和二羧酸盐代谢(ko00630),碳代谢(ko01200)。顺式作用元件发现,与光响应元件、水杨酸、胚乳等元件相关。在时空表达过程中,MIKC＿MA...     

大豆MIKC型MADS-box基因家族分析

根据拟南芥的MIKC型MADS-box蛋白序列构建HMM(hidden markov model)模型,在大豆基因组中确定了57个MIKC型MADS-box同源基因.分子进化树分析表明,57个大豆MIKC型MADS-box基因分为14个亚类,而MIKC*型基因又分为两个进化支.控制花形态建成的ABCDE同源异型基因(如API,AG,AP3和PI等)和重要的控制开花时间的基因(如SVP和SOC1)在大豆基因组中表现出多拷贝的特征.MEME和SMART分析表明,大豆和拟南芥MIKC型MADS-box基因具有保守的MADS和K-box基序,还有一些亚类具有特异的基序.MIKC型MADS-box基因结构较为保守,多数基因具有7～8个外显子.本研究得到的MIKC型MADS-box基因为下一步研究大豆花形态建成和开花时间调控的分子机制提供了重要参考依据.     

菠萝AcMADS14的克隆及其在成花转变中的表达分析

MIKC型MADS-box家族成员SVP参与植物开花时间和花发育的调控。本研究从‘巴厘’菠萝中克隆到成花抑制蛋白SVP亚家族的一个同源基因AcMADS14,其开放阅读框长度为897 bp,编码299个氨基酸。序列分析发现AcMADS14蛋白包含1个高度保守的MADS-box结构域和1个半保守的K-box结构域。系统进化分析表明AcMADS14蛋白序列与油棕EgSVP和椰子CnSVP具有较高的同源性。通过RT-qPCR分析组织特异性发现AcMADS14在叶片、根等营养器官中表达较高,在花分生组织、雄蕊和雌蕊等生殖器官中表达量较低;外源喷施乙烯利抑制了AcMADS14在花芽分化阶段的表达,特别是在花器官分化期表达量显著下降。此外,转录激活活性分析表明Ac MADS14蛋白具有转录激活活性,可激活或抑制下游靶基因。综上,AcMADS14可能响应乙烯处理在菠萝营养生长转变为生殖生长的过程中发挥抑制作用,为探究菠萝成花分子机制提供了理论基础。     

马尾松幼苗PmMADS4基因的克隆及表达分析

MADS-box家族基因编码的转录因子,在植物、动物及微生物的发育过程中起着重要调控作用,本研究从马尾松幼苗转录组测序结果中筛选到1条具有完整开放阅读框的MADS-box基因序列,设计特异性引物并克隆获得该基因,通过生物信息学方法分析该基因的序列特征、编码蛋白的理化特性、结构域以及进化关系等,并应用荧光定量PCR技术分析该基因在马尾松幼苗不同组织中的表达活性。结果表明,克隆得到的MADS-box基因开放阅读框为672 bp,命名为Pm MADS4。Pm MADS4编码223个氨基酸,含有MADS保守域和K-box次级保守域。蛋白质理论分子量为24854.15 kD,理论等电点为7.83;其蛋白质结构主要由大量的α-螺旋(58.74%)和大量随机卷曲(31.84%)构成;亚细胞预测该基因主要在细胞核(43.5%)、线粒体(17.4%)、高尔基体(13.0%)和细胞质(13.0%)中发挥生物学作用。系统进化分析显示,Pm MADS4属于MADS-box家族基因中MIKC型的GMADS分支。组织特异性表达分析发现,Pm MADS4在马尾松幼苗的顶芽和茎中高表达,表达量分别是根部的239倍和123倍;在根部、初生叶和针叶中的表达量相对较低,表明Pm MADS4可能广泛参与马尾松幼苗地上部分分生组织的发育过程。本研究结果为Pm MADS4基因在马尾松幼苗生长发育调控方面的深入研究提供了数据基础。     

向日葵PMADS2 LIKE基因的克隆及表达分析

MADS-box家族基因是调控花发育进程的关键转录因子。在向日葵中大量的花发育相关基因有待于发掘和鉴定。本研究以向日葵(Helianthus annuus)为材料克隆到了一个MADS-box新成员PMADS2 LIKE。序列分析结果显示该基因具有MADS-box家族典型的MIKC保守结构域;系统发育树分析发现该基因与拟南芥PI基因亲缘关系最近;q RT-PCR组织表达模式分析该基因仅在花和果实中表达,且在6个花器官中仅在雄蕊和花瓣表达;q RT-PCR定量分析表示该基因从开花前25 d一直表达到开花期,并且在开花前5 d表达量最高。研究结果表明,PMADS2 LIKE基因在花发育和果实发育中具有一定的生物学功能。本研究的结果和推论为进一步探究向日葵PMADS2 LIKE基因在花发育和果实发育中的生物学功能提供前期数据基础,为理清MADS-box基因在向日葵花发育中的调控网络提供线索。     

花生TCP转录因子的全基因组鉴定及组织表达特性分析

TCP基因家族是植物中一类重要的转录因子,参与植物整个生长发育阶段的调控,尤其在花器官和分生组织中发挥重要作用。目前,在花生中尚无TCP相关基因的报道。为研究花生各TCP转录因子的生物调控作用,以及为进一步分析花生TCP基因提供参考信息,利用生物信息学方法在全基因组水平对花生TCP家族基因进行鉴定,分析其染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和基因表达模式。结果分别从花生野生种和栽培种鉴定出19个和32个TCP基因,不均匀分布在9个野生种染色体和14个栽培种染色体上。系统进化分析表明,51个花生TCP基因可划分为亚家族Ⅰ（PCF）和亚家族Ⅱ两个亚类,其中亚家族Ⅱ包括2个分支,CIN和CYC/TB1。这些基因都含有高度保守的bHLH结构域,但其内含子结构存在较大差异,内含子数量及长度分布与基因的系统进化有较大关系,其中亚家族Ⅰ成员的内含子较少,亚家族Ⅱ内含子较多,且长度差异较大。表达谱分析显示,仅有7个基因在各组织中呈现显著差异性表达,其中有6个基因的差异表达与分生组织和花器官有关,推测其在花生茎尖和花的生长发育过程中起重要作用。     

陆地棉MIKC~C基因家族的全基因组分析

【目的】MIKC~C是1类保守的转录因子家族,参与调控植物的开花时间和花器官发育。通过对MIKC~C家族进行全基因组学分析,为深入研究MIKC~C在棉花开花及花器官发育的分子调控机理提供基础。【方法】利用HMMER 3.0及pfam种子文件鉴定棉花全基因组MIKC~C基因,结合其表达量进行偏向表达及聚类分析。【结果】在陆地棉基因组中共鉴定发现100个MIKC~C基因,分为11个亚类。表达聚类分析显示,棉花MIKC~C基因的表达模式大致可分为4个不同的类群,说明这类基因在棉花进化中出现了功能分化。100个MIKC~C基因中,有12个基因具有miRNA靶位点。【结论】研究结果显示MIKC~C家族基因在棉花纤维中存在功能分化,而且可能受到miRNA的调控,这为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。     

棉花溶血磷酸酯酰转移酶(LPAT)家族基因的发掘和表达分析

棉花油脂合成相关代谢在控制油分形成、纤维发育等进程中起着重要作用。溶血磷脂酰基转移酶(LPAT)是植物油脂代谢过程中的一个关键酶。本研究利用雷蒙德氏棉全基因组数据库,通过生物信息学技术,鉴定并获得8个棉花LPAT家族基因的全序列和染色体定位等信息。通过序列比对进行系统进化和分类分析,明确这8个家族基因分布在6条染色体上,分为4亚类,其中第I类和第III类中各含2个基因、第II类1个、第IV类3个。组织表达分析表明这8个基因在棉花营养和生殖阶段均表现表达多样性。LPAT6和LPAT8在17 d胚珠中表达水平很高,推测在油脂合成代谢调控中起重要作用。8个LPAT基因均在纤维中优势表达,其中LPAT2、LPAT3和LPAT4表达水平更高,推测LPAT家族基因的表达参与棉纤维发育进程。     

MADS转录因子对植物发育的重要作用

<正>转录因子通过与相关蛋白互作在转录水平上调控下游基因的表达,实现对植物生长期生理生化过程的调节。大量实验证实,MADS转录因子对与籽粒相关基因有调控作用。1990年,科学家在金鱼草植物中首先发现MADS-box转录因子,其后MADS转录因子得到了广泛研究。植物的MADS转录因子族基因有2个保守结构域,MADS-box和K-box,被分为3个亚家族,基因广泛存在于植物器官中,尤其在花期的花器官中有大量的表达。大量研究表明,MADS基因与植物开花时间、花期、花序结构、植株结构、籽粒大小、雄性不育等生长发育过程都有关,其中玉米的ZMM19基因与大颖片包裹玉米的     

亚洲棉NF-YA基因家族的全基因组鉴定及表达分析

NF-YA家族基因在植物生长发育过程中发挥重要作用,如调控种子发育和种子萌发,响应干旱和盐胁迫等。本研究利用生物信息学手段从亚洲棉全基因组鉴定NF-YA家族基因,并从理化性质、基因的内含子和外显子结构、氨基酸序列的功能结构域、系统进化发育特征、在染色体的分布和表达模式等方面分析了该家族基因的特征。结果表明:GaNF-YA包含15个成员,分布在9条染色体上,编码蛋白质长度为160～1 079个氨基酸,相对分子质量为17.92～120.30 kD,包含外显子4～6个,为碱性。亚洲棉NF-YA基因可分为三组,且三组NF-YA基因结构存在差异,保守基序分析其均含有A1和A2结构域。通过对启动子顺式作用元件和表达谱分析,推测GaNF-YA基因可能在棉花种子和纤维形成、种子萌发及环境胁迫等中具有重要作用。本研究为进一步解析亚洲棉NF-YA家族基因的功能提供理论依据。     

甜荞FaesFUL4基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆的方法,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench.)品种‘北早生’中分离出调控果实发育的FaesFUL4基因,该基因的cDNA序列全长795 bp,包含一个长为714 bp完整的开放阅读框,共编码237个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析和同源蛋白比对结果显示:FaesFUL4蛋白属于A类MADS-box基因家族AP1/SQUA亚家族的euFUL进化系,含有MADS、I、K和C末端四个明显的结构域,且C末端转录激活区含有2个保守的模体(Motif):FUL motif和paleoAP1 motif。基因表达的组织特异性分析表明:FaesFUL4基因主要在甜荞叶片、花序和果实中表达,在根和茎中有微量表达,其在花序中的相对表达量最高。进一步分析基因在果实不同发育时期的表达量发现,其在果实迅速膨大期表达量最高。因此推测该基因不但参与调控花器官的发育过程,且对于维持果实的正常发育具有重要作用。     

森林草莓B-box基因家族全基因组序列鉴定与表达分析

植物B-box基因参与植物形态建成、花器官发育以及响应逆境胁迫过程中的多种生命活动的并具有重要作用,草莓是重要的经济果树作物,然而对草莓B-box家族了解较少。为了研究草莓B-box基因家族成员及其在花器官发育过程中的表达情况,本研究利用计算生物学的方法从全基因组水平鉴定森林草莓(Fragaria vesca)B-box基因家族成员,并对家族成员的蛋白质特征、基因组分布、内含子个数以及基因表达进行分析。结果表明,森林草莓中至少存在21个B-box基因家族成员,分布在6条染色体上,基因内含子个数1~5个。基于蛋白质模体组成与蛋白质序列的分析将整个家族分为五个亚家族。14个基因家族成员以5种表达模式参与雄蕊器官发育进程。研究结果表明:草莓B-box基因家族的5个亚家族经过模体复制和删除事件进化而来,并参与花器官发育过程。试验结果将为在草莓中进一步研究该基因家族成员功能提供参考。     

玉米TCP转录因子家族的全基因组鉴定及表达模式分析

TCP (Teeosinte branched I, Cycloidea, Proliferating Cell Factors 1和2)是一类植物特有的转录因子家族,包含一个高度保守且非典型的螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域,在植物生长发育的不同阶段发挥着重要作用,但在玉米中该基因家族的相关研究报道较少。本研究利用生物信息学方法在玉米全基因组中鉴定TCP转录因子家族成员,并对该家族成员的理化性质、基因结构、染色体定位、进化关系、保守基序及表达模式等进行了分析。结果表明,玉米TCP转录因子家族共包含43个成员,根据系统发育分析可以将其划分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,其中,ClassⅡ亚家族又可以分为CYC-TCP和CIN-TCP两个亚类。玉米TCP转录因子家族蛋白的氨基酸残基数为44～269aa,相对分子质量在5.20～29.54kD,等电点范围在5.04～11.55。基因染色体定位分析发现,玉米10条染色体上均含有TCP基因,且在4号染色体上最多,有8个基因。对该家族基因结构的分析表明,在玉米TCP家族中有66.8%的基因只含有一个外显子,低于拟南芥的82%,表明玉米TCP拥有更加丰富的基因结构。此外,本研究在玉米TCP家族蛋白中共鉴定到20个保守基序,其中有32个TCP蛋白包含motif 1,占总数的74.4%。玉米籽粒RNA-Seq数据分析表明,玉米TCP转录因子家族有26个成员在玉米籽粒中表达,ZmTCP37等基因在不同部位、不同时期均有表达,ZmTCP8等基因在特异部位、特异时期表达。本研究在玉米中鉴定了TCP基因家族基因数量、系统进化关系、保守结构域、在染色体上的定位及玉米籽粒中TCP基因表达模式,为揭示玉米TCP基因家族在玉米籽粒中的功能奠定了基础。     

棉花AGO蛋白家族基因鉴定及表达分析

AGO蛋白在所有由小RNA介导的RNA沉默通路中发挥重要作用。在植物中,它广泛参与维持基因组的稳定、调控组织的发育、对逆境的应答以及对入侵的转基因和植物病毒的免疫。对AGO基因家族成员的研究有利于研究其功能。为揭示棉花中AGO家族的功能,本研究利用全基因组信息在陆地棉基因组中鉴定了27个AGO蛋白,并对这些家族成员的特性进行了进化分析,这些AGO蛋白被分为3类,蛋白长度介于731~1462 aa之间,第一、三亚家族蛋白编码区较多,第二亚家族蛋白编码区较少。27个基因分布在16条染色体上。8个基因在所有组织中的表达量较高,棉花AGO基因与拟南芥AGO基因在组织中的表达模式极为相似。本研究为进一步研究棉花中AGO蛋白的功能提供了指导意义。     

石榴YABBY基因家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是种子植物特有的转录因子,该家族具有N-末端锌指结构域和C-末端螺旋-环-螺旋保守结构域;在植物的生长发育,特别是叶片的生长、果实的发育、花器官的形成和植物次生代谢物质的代谢中起重要作用。本研究从石榴基因组中鉴定到6个YABBY基因,并将其划分为5个亚族。不同器官和品种的表达分析表明:Pg YABBY基因家族在石榴的生长发育和生理过程中起重要作用。转录组分析表明:PgYAB2可能负调控石榴果皮和种子的发育。PgINO有可能负调控外种皮的发育。PgFILb基因有可能通过调控木质素或半纤维素等次生代谢物质的生物合成相关基因的表达进而调控石榴籽粒的硬度。本研究结果为石榴YABBY家族基因功能研究、探索YABBY调控石榴果实发育及品质形成提供参考,为石榴的分子育种提供科学依据。     

钙影响花生胚发育相关MADS box基因的克隆与初步鉴定

缺钙花生严重空荚（胚胎败育）导致减产降质长期困扰南方花生生产。以大田种植为基础,通过mRNA基因差异显示从花生幼胚筛选得到一个包含编码区和3’-UTR在内的cDNA近全长序列,命名为pMADS08（GenBank登录号：AY517932）。该cDNA长度为785bp,编码261个氨基酸,由MADS区、I区、K区和C末端组成。序列相似性分析结果表明,该基因具有典型的植物MIKC型MADS box基因结构,其氨基酸序列与豌豆（Pisum sativum）的AP1/AGL9亚族的一个MADS box转录因子有很高的同源性（84%）,该基因在豌豆种皮发育过程中表达。pMADS08基因在足、缺钙组花生的不同组织（叶片、花、果实〈9d〉）表达量明显不同,提示该基因可能与花生抗缺钙等营养逆境有关。     

FT/TFL1-like基因在板栗一次花和二次花发育中的表达分析

板栗的雌雄花存在春季和夏秋季两次开花的现象,对产量有决定性影响。FT/TFL1基因在植物成花转变的过程中有着非常重要的调控作用,目前该基因在板栗花发育中的表达模式及功能尚不明确。本研究在板栗基因组中鉴定出5个FT/TFL1-like基因,通过生物信息学的方法,系统地对板栗FT/TFL1基因的理化性质、进化关系、保守基序以及基因的表达模式进行分析。结果表明：板栗FT/TFL1基因均具有PEBP保守结构域,开放阅读框为513～570 bp,编码170～189个氨基酸,外显子数目为3～4个。系统进化分析将FT/TFL1基因分为3个亚类：TFL1-like、FT-like和MFT1-like。基因表达分析显示：CmFT基因在板栗的雌雄花的表达较高;在板栗一次花和二次花的表达分析显示,CmFT基因在两次发育时期都具有较高的表达,其中在雄花序的发育进程表现下降的趋势,相同发育时期一次花的表达均高于二次花的表达;CmFT在雌花簇的发育进程呈上升趋势,相同发育时期一次花的表达低于二次花。本研究表明,在FT/TFL1-like基因家族中,FT基因是参与调控板栗雄花序和雌花簇形态建成的重要基因,通过探讨板...     

水稻YABBY家族的全基因组鉴定与表达分析

YABBY转录因子家族广泛参与植物的生长发育,但在单子叶植物的作用机理有待进一步研究。本研究利用生物信息学方法系统分析了水稻YABBY家族成员。保守性分析表明,水稻基因组中共有8个YABBY成员,不均匀地分布在2、3、7、10和12染色体上,成员之间相对保守,分为四个亚族。进化分析表明,片段复制或全基因组复制是YABBY基因在进化过程中的主要扩张方式,且YABBY家族的分化可能晚于单双子叶植物的分化。启动子和表达分析表明,水稻YABBY家族成员可能在水稻的花器官的发育、多中激素的响应中具有重要的作用。本研究为水稻YABBY基因的功能鉴定提供了理论支持和参考依据。     

三浅裂野牵牛NBS-LRR类抗病基因的鉴定和分析

植物抗病R基因在植物抵抗细菌、病毒、真菌等病原体过程中发挥重要作用,NBS-LRR类基因是R基因中最大的一类。三浅裂野牵牛作为甘薯的近缘野生种,是甘薯育种重要的抗病基因资源。本研究对三浅裂野牵牛基因组序列使用Snap软件预测全基因组蛋白质序列,应用生物信息学方法在蛋白质序列中鉴定和分析NBS-LRR家族基因,得到三浅裂野牵牛NBS-LRR家族基因的数量、染色体上的分布图、结构域特点和进化树。从三浅裂野牵牛的110 626个基因中,筛选到361个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型50个,NL型128个,TNL型46个,CNL型136个,RNL型1个。三浅裂野牵牛的15条染色体上均分布有NBS-LRR家族基因,基因最多的染色体有51个,最少的有2个,共有58个基因簇,包含了53.7%的NBS-LRR家族基因。CNL亚家族在NB-ARC结构域有7个保守结构域,TNL亚家族有10个保守结构域。本研究对三浅裂野牵牛的NBS-LRR家族基因的鉴定与分析,为后续研究抗病基因功能与甘薯抗病的分子育种提供重要参考。