香蕉TCP家族的全基因组鉴定及对低氮胁迫的响应

TCP(Teeosinte branchedⅠ,Cycloidea,Proliferating cell fatcors 1和2)是含有一个高度保守非典型的bHLH(basic-Helix-Loop-Helix)保守结构域的植物特有转录因子基因家族之一,参与调控植物生长发育和非生物胁迫响应等生理过程。为了探究香蕉(Musa acuminata)TCP基因家族对低氮胁迫的响应,本研究从全基因组的分布、蛋白质理化性质、保守结构域等生物信息学方面阐述了香蕉MaTCPs基因家族成员的基本特征,并且对香蕉叶片和根在低氮胁迫下的MaTCPs基因家族成员的表达模式进行了分析。结果表明,香蕉TCP转录因子家族共包含48个成员,可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两个亚家族,所有成员均定位于除Chr.09和chrUn_random以外的染色体上,且存在多个串联重复基因对。在低氮胁迫下,香蕉MaTCPs基因家族大部分基因表达量上调,且在不同的组织中表达模式不同。同一亚家族基因在根和叶中表现出一致的表达模式。这些结果表明Ma TCPs家族成员可能参与了香蕉对于低氮胁迫的响应。本研究将为香蕉低氮胁迫的机制研究和香蕉TCP转录因子家族的功能分析提供理论基础,为香蕉抗逆育种提供参考。     

水稻DUF966基因家族的生物信息学分析

DUF966基因家族是一类未知功能的基因家族,它们在水稻生长发育和逆境胁迫应答反应中可能起重要作用,为了研究这些基因的生物学功能,初步揭示它们对水稻生长发育和抗逆性的调控作用,本研究通过生物信息学方法,分析了水稻DUF966家族基因特征、系统进化、芯片表达谱、跨膜结构域、信号肽以及亚细胞定位。结果表明,水稻DUF966基因家族包含7个成员,几乎都具有转录活性,它们编码的蛋白质只包含1~2个保守的未知功能结构域(DUF966结构域);进化分析表明,该家族可分为4个亚群,其中Os DSR2、Os DSR4、Os DSR5和Os DSR6同属一个亚群,可能具有相似的生物学功能;芯片表达谱分析表明,该家族基因主要在幼苗、花序和茎中呈中、低度表达,Os DSR3和Os DSR7基因受盐和低温胁迫的诱导表达,其它基因受不同非生物胁迫的抑制表达,该家族多数基因还能被白叶枯病菌侵染诱导表达;蛋白预测表明,该家族蛋白不含跨膜结构域和信号肽序列,能够被定位在细胞质中。本研究为系统开展水稻DUF966基因家族的生物学功能研究提供了依据。     

谷子Ⅲ型PRX基因家族全基因组鉴定及干旱胁迫下表达分析

Ⅲ型过氧化物酶(Class Ⅲ peroxidase, PRX)是植物中特有的过氧化物酶家族,在植物生长发育以及非生物胁迫中发挥重要作用。谷子作为C4植物是禾本科抗逆研究的模式植物,然而目前对于谷子中Ⅲ型过氧化物酶家族基因功能鲜有报道。为探究谷子Ⅲ型过氧化物酶基因家族(SitPRXs)在干旱胁迫和ABA诱导下的表达模式,进行了全基因组表达分析。本研究利用生物信息学方法在谷子全基因组中鉴定出132个Ⅲ型PRX基因家族成员,并根据其在染色体上位置顺序依次命名为SitPRX1～SitPRX132。通过对谷子、拟南芥和水稻的系统进化分析将其分为5个亚家族,基因结构和保守基序分析表明同一亚家族具有较高的保守性。基因复制分析显示, 17个SitPRX基因(13%)存在片段复制,78个SitPRX基因(59%)存在串联复制,串联复制事件在SitPRX基因扩增中起重要作用。谷子与拟南芥、水稻和玉米的物种间同源性分析显示谷子中大多数SitPRXs是在双子叶植物和单子叶植物分化后形成的。转录组分析显示, SitPRX基因家族成员在谷子幼苗、根、茎、叶以及圆锥花序中表达存在差异。启动子顺式作用元件分析显示,...     

谷子LEA＿1基因家族鉴定及其渗透胁迫响应

胚胎发育晚期丰富(late embryogenesis abundant,LEA)蛋白在植物响应多种非生物胁迫过程中具有重要作用。基于表达谱测序数据我们分析了抗旱谷子品种(GG)和干旱敏感品种(JF)在PEG胁迫0.5 h前后LEA基因的表达变化,发现谷子LEA_1家族的Seita.6G114000基因在抗旱性不同的谷子品种中胁迫响应模式不同;利用同源序列比对和保守结构域分析我们系统鉴定得到5个谷子LEA_1家族蛋白(PF03760),该家族基因序列短,启动子区皆含多个ABRE元件,蛋白质N端序列高度保守;通过分析NCBI数据库中谷子转录组测序数据(SRA062640),发现谷子LEA_1家族基因在‘豫谷1号’中PEG胁迫7 h前后转录本丰度变化显著,表明LEA_1家族蛋白在谷子应对干旱胁迫过程中发挥重要作用。上述结果为深入研究LEA_1基因在逆境应答中的功能提供参考。     

SiASRs家族基因的鉴定及表达分析

ASR蛋白是植物特有的一类蛋白,是参与并提高植物抗旱性和耐盐性过程中非常重要的蛋白之一。利用生物信息学方法,对8个谷子SiASRs家族基因编码的蛋白进行理化性质的分析、启动子的分析和系统进化树构建等,并结合qRT-PCR进行10% PEG-6000和150mmol/L NaCl胁迫下的表达分析。结果表明,谷子SiASRs家族的8个基因编码的蛋白都包含典型的ABA/WDS结构,该基因家族编码的蛋白质都不具有信号肽。系统发育树分析结果表明,在遗传进化上谷子与柳枝稷亲缘关系较近,与双子叶的番茄和大豆ASR蛋白的亲缘关系较远。PEG胁迫下基因的表达分析显示,8个SiASRs基因在受到PEG胁迫诱导后在根、茎、叶中表达量差异显著。NaCl胁迫下基因的表达分析结果显示,8个ASR基因对NaCl胁迫的响应主要在叶中体现,整体呈上调表达趋势;8个ASR基因在茎中表达变化较为稳定;在根部主要由ASR1、ASR2、ASR4、ASR5、ASR6参与NaCl胁迫响应,均为上调表达。     

甘草生长素反应因子(ARF)基因家族的鉴定及表达分析

本研究旨在鉴定甘草ARF基因家族并分析其在非生物胁迫下的表达模式。以乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)为研究对象,利用生物信息学方法对ARF基因家族进行鉴定,并对其蛋白质理化性质、保守结构域、基因结构、进化关系、顺式作用元件和表达模式分析。鉴定得到10个甘草ARF基因。其蛋白氨基酸序列长度在301~945 aa之间,分子量约为33.07~104.37kDa,等电点为5.93~8.50。亚细胞定位分析显示甘草ARF蛋白均位于细胞核。保守结构域分析显示GuARF蛋白大多包含B3、Auxin_resp和Aux/IAA结构域。基因结构发现外显子数量从6个到22个不等。在甘草ARF基因启动子区还存在5类不同的顺式调控元件。系统进化分析表明甘草ARF蛋白分为3类。转录组数据分析显示,10个GuARF基因在非生物胁迫下具有一定表达特异性。上述结果显示甘草ARF基因家族可能参与多种生物过程,这为进一步研究植物对非生物胁迫的生理和分子反应提供了有价值的信息。     

谷子F-box家族基因的鉴定、分类及干旱响应

蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动对维持植物正常生长发育和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性本研究根据谷子转录组分析结果从个家族成员中鉴定出个在干旱胁迫下表达量上调的基因根据序列相似性将其分为类同一类基因具有相似的内含子外显子结构染色体定位分析发现这些基因分别分布在谷子的条染色体上其中第条染色体上含基因最多有个。结构域分析结果表明个蛋白均含保守的结构域而端含、、、、和等结构域。启动子元件分析表明谷子个基因均含逆境应答元件其中和元件的数量最多个说明这些基因对干旱应答反应可能主要受、转录因子调控。转录组分析结果表明基因对干旱胁迫的响应远远高于其他成员对干旱、高盐、、和都有响应亚细胞定位结果显示蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解基因的功能提供了依据。F-box蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡及信号转导等多种生命活动, 对维持植物正常生长发育a和介导非生阿物胁迫响应等过程发挥重要作用。谷子具有显著的耐旱耐瘠薄等特性, 本研究根据谷子转录组分析结果, 从525个F-box家族成员中鉴定出19个在干旱胁迫下表达量上调的F-box基因; 根据序列相似性将其分为6类, 同一类基因具有相似的内含子-外显子结构; 染色体定位分析发现, 这些基因分别分布在谷子的8条染色体上, 其中, 第2条染色体上含F-box基因最多, 有6个。结构域分析结果表明, 19个F-box蛋白均含保守的F-box结构域, 而C端含FBD、WD40、FBA、ZnF、Kelch和LRR等结构域。启动子元件分析表明, 谷子19个F-box基因均含逆境应答元件, 其中, MYB和MYC元件的数量最多(9~78个), 说明这些基因对干旱应答反应可能主要受MYB、MYC转录因子调控。转录组分析结果表明, SiF-box18基因对干旱胁迫的响应远远高于其他F-box成员, 对干旱、高盐、ABA、SA和JA都有响应; 亚细胞定位结果显示, SiF-box18蛋白定位在细胞核中。本研究为进一步深入了解SiF-box18基因的功能提供了依据。     

西瓜TPS家族基因的鉴定、分类与分析

海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)是海藻糖合成过程的关键酶,与植物抗逆性密切相关。本研究利用西瓜基因组数据库,通过生物信息学对西瓜TPS家族基因进行鉴定分类,基因结构,染色体位置,蛋白结构域、系统进化、基因表达进行分析。研究结果表明:西瓜中TPS家族基因共有7个成员;7个TPS基因分为ClassⅠ和ClassⅡ两类,ClassⅠ包含有2个基因(ClTPS2,ClTPS7),其余为ClassⅡ;染色体定位分析发现,西瓜TPS家族基因成员均单个分布在7条染色体上;蛋白结构域分析显示,西瓜中TPS家族基因具有典型的TPS结构域和TPP结构域;系统进化显示,TPS家族蛋白分为四个类群,西瓜TPS蛋白在三个类群中都有分布,暗示了西瓜TPS蛋白家族成员起源的多样性;表达分析显示,西瓜TPS家族基因对渗透胁迫有不同程度的应答模式。这些研究结果为进一步解析西瓜TPS家族基因的生物学功能以及利用基因工程提高西瓜抗逆性提供了理论指导。     

银杏AP2/ERF转录因子鉴定及其ERF家族在逆境胁迫下的表达分析

AP2/ERF转录因子广泛参与银杏的生物学过程,其ERF基因家族存在着通过调控次生代谢来应对环境压力的可能。为探究ERF基因家族在这一过程中的应答机制,本研究分别构建了紫外和干旱处理下银杏叶转录组数据库,利用在线生物信息学工具对银杏AP2/ERF转录因子的保守结构域、理化性质及基因家族同源性进行分析,同时利用转录组测序技术检测了ERF基因家族在这两种逆境胁迫下的表达情况,筛选其中5个与类黄酮等代谢相关的ERF基因进行荧光定量PCR验证分析。结果表明,在银杏中共鉴定到61个AP2/ERF转录因子,根据其保守结构域特点分为4类,即ERF亚家族28个、DREB亚家族23个、AP2和RAV亚家族分别为5个。不同成员之间的氨基酸数目、等电点(pI)等理化性质有较大差别。从与拟南芥、大豆的序列同源性分析结果来看,同一个亚家族的成员之间亲缘关系较近。GbERF亚家族和GbDREB亚家族同属于银杏ERF基因家族,成员数最多。转录组预测分析结果显示,大部分ERF基因家族成员在紫外和干旱胁迫诱导下的基因表达量会增加。经验证,5个基因表达量的变化情况总体与预测结果一致。本实验结果为后期开展银杏ERF基因家族的功能研究提供科学依据。     

大豆凝集素类受体激酶家族全基因组学分析

植物凝集素类受体激酶(LecRLKs)是一种重要的类受体蛋白激酶,广泛参与植物激素信号转导、胁迫反应、植株生长发育、生物固氮等多种生理生化反应。本研究对大豆中的GmLecRLKs基因家族进行了全基因组水平上的分析,在大豆中共找到205个GmLecRLKs家族成员,分布在19条染色体上;根据其含有的特征结构域不同,这些成员被分为L型、G型和C型三个亚家族;每个亚家族成员在结构域类型上有其各自的特点;GmLecRLKs基因在进化过程中比较保守,但在个别位点氨基酸受到了正选择作用。该研究结果对于深入了解LecRLKs家族在大豆中的进化规律和生物学功能具有十分重要的意义。     

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。     

白桦SAUR基因家族鉴定及生物信息学分析

SAUR基因家族作为植物生长素早期响应基因家族中最大的一个家族,参与到植物细胞伸长、果实发育、胁迫应答等多个生物学过程。本研究基于白桦全基因组数据,对白桦SAUR基因家族进行鉴定和生物信息学分析。结果表明,白桦共有61个SAUR家族基因,这些基因不均匀分布在14条染色体上,理化性质分析表明,大部分BpSAUR蛋白呈碱性,为不稳定蛋白,脂溶性系数较高,为亲水性;系统进化和基因结构分析表明,61个白桦SAUR基因被分为4类(GroupⅠ～GroupⅣ),其中GroupⅣ中BpSAUR基因最多,同一分类的BpSAUR基因更倾向于在染色体上聚集分布,大部分白桦SAUR家族基因为无内含子或少内含子基因。白桦SAUR家族基因启动子还拥有多个光响应、激素响应元件与逆境胁迫作用元件,说明其可能参与白桦生长发育及胁迫应答等多个生物学过程。该家族基因在白桦的不同组织部位和不同发育阶段的表达量也不同,主要在幼茎、成熟茎和成熟叶中集中表达。本研究通过对白桦SAUR基因家族进行深入分析,以期为白桦分子育种奠定良好基础。     

百脉根WRKY基因家族生物信息学分析

WRKY转录因子是一个超家族的调节因子,参与植物的多种生物过程和逆境胁迫反应。然而,在百脉根中对WRKY家族还没有相关的研究。本研究共鉴定出79个LjWRKYs基因,它们不均匀分布在各染色体上的基因位点编码,与拟南芥At WRKYs进行系统发育分析,分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类。保守基序和外显子-内含子数目表明79个LjWRKYs在不同亚簇中均具有较大的差异,顺式作用元件结果显示在上游2 000 bp启动子区域包含多种逆境胁迫、激素和生长发育相关的元件。共线性结果有36对片段复制和1对串联重复复制共线性基因,且Ka/Ks均小于1。本研究通过分析百脉根WRKY基因家族的基本结构与性质,为深入研究百脉根WRKY基因家族提供了基础。     

甘蔗割手密种NAC转录因子ATAF亚家族鉴定及栽培品种ScNAC2基因的功能分析

NAC (NAM, ATAF和CUC)是陆生植物特有的转录因子家族,包含18个亚家族,其中ATAF亚家族成员广泛参与生物和非生物胁迫应答过程。本研究基于甘蔗割手密种基因组数据和栽培品种ROC22的cDNA文库,首先,通过比较基因组学方法,对ATAF亚家族成员进行鉴定、蛋白多序列比对、系统进化分析及启动子区域顺式作用元件预测;其次,从甘蔗栽培品种克隆获得割手密种ATAF亚家族成员SsNAC2的同源基因ScNAC2,在生物信息学分析基础上,采用qRT-PCR技术分析该基因的组织特异性表达模式,及其在不同外源胁迫下的表达特性;最后,对ScNAC2基因的编码蛋白进行亚细胞定位和转录激活活性试验。结果表明,一共鉴定到6个ATAF亚家族成员,开放读阅读框在889～1017bp之间,相对分子量介于32.067～35.819kD之间,理论等电点分布在5.09～8.92之间,所有成员的编码蛋白被预测均定位于细胞核上。这些基因的Ka/Ks比值均小于1,表明纯化选择在进化过程中起重要作用。蛋白的氨基酸序列比对显示,ATAF亚家族成员都含NAM保守结构域(由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ亚结构域组成)。系统进化分析揭示,...     

杜仲U-box基因家族鉴定及分析

植物U-box蛋白是编码含有U-box结构域的基因家族,其编码蛋白大多是泛素系统中特异性识别底物的泛素连接酶E 3,在植物的生长发育、生物及非生物胁迫中起着广泛的调控作用。目前对杜仲的U-box基因了解较少,本研究通过生物信息学和荧光定量PCR技术,对杜仲U-box基因进行鉴定和表达分析。结果表明,杜仲基因组中含有40个U-box基因,根据蛋白结构域将其分为7类,并分析了基因家族成员的基因结构、系统发育、保守结构域和基序等。此外,U-box-Arm结构家族成员的基因表达分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性。     

棉花CML基因家族成员鉴定与功能分析

【目的】类钙调素(Calmodulin-like,CML)蛋白是1种重要的Ca2+传感器,在调节植物应激反应机制中起重要作用。对CML基因家族进行全基因组学分析,以便深入研究CML基因在棉花逆境胁迫下的作用。【方法】利用生物信息学的方法进行了棉花CML家族成员的鉴定。利用转录组数据和反转录聚合酶链式反应分析陆地棉(Gossypium hirsutum L.)CML基因在盐胁迫下的表达模式。利用病毒诱导基因沉默技术对GhCML44-2基因进行沉默并进行功能验证。【结果】在陆地棉(Gossypium hirsutum L.)、雷蒙德氏棉(G. raimondii Ulbrich)、亚洲棉(G. arboreum L.)中分别获得了154个、74个、78个CML蛋白。进化树和保守基序分析表明,GhCML蛋白分为8个亚类,都含有保守的EF-hand结构域;在盐胁迫下,107个GhCML基因在叶和根中有显著的差异表达,且在根和叶中的差异表达模式不同。启动子分析表明,这些基因启动子中存在多种不同的胁迫响应元件;利用病毒诱导基因沉默技术成功沉默GhCML44-2的棉株相较于对照更加不耐盐。【结论】该研究结果有助于了解棉花CML基因家族的进化与功能,为后续研究其功能提供了一定的理论依据。     

谷子逆境应答相关的钙依赖蛋白激酶基因SiCDPK1的克隆与表达

CDPK是一类重要的钙信号感受蛋白和响应蛋白,在植物非生物胁迫应答方面具有重要的作用。为探究耐旱作物谷子CDPK在抗逆胁迫中的应答机制,本文利用RT-PCR技术从谷子幼苗cDNA中克隆到一个与逆境胁迫相关的CDPK基因,命名为SiCDPK1 (GenBank登录号为KC249975.1)。以拟南芥CDPK基因序列为查询序列,预测谷子基因组含有28个CDPK基因。其系统发育分析表明,谷子CDPK基因家族由4个亚类组成,其中SiCDPK1属于第II亚类,其全长1596 bp,编码531个氨基酸,预测蛋白分子量为59.5 kD,等电点pI为5.94,含有典型CDPK的保守结构。启动子调控区含有与多种逆境胁迫相关的调控元件。实时定量结果显示,SiCDPK1基因受PEG、ABA、高盐、自然干旱胁迫诱导表达。本试验为谷子抗逆应答机制的深入研究奠定了良好的理论基础。     

柑橘亲环蛋白基因家族的鉴定与生物信息学分析

亲环蛋白(CYP)基因家族是一类含有CLD保守结构域的蛋白质,参与多种生物过程,在蛋白质运输、受体信号转导、mRNA剪接、细胞凋亡及生物与非生物胁迫的应激反应中发挥重要作用。目前,已在多种植物中对亲环蛋白基因家族进行了鉴定和分析,但未见柑橘CYP基因家族筛选和鉴定的报道。本研究从美国柑橘和中国甜橙中分别筛选出30个和32个亲环蛋白基因家族成员,根据结构域的不同,将62个成员分成7个亚家族。进化分析结果表明,具有相似结构域的基因聚在一起,表明亲环蛋白基因家族可能在物种分化前已经分化。在美国柑橘和中国甜橙CYP中均含有2个基因簇并筛选出26对同源基因。这些CYP基因在不同的组织中表达谱不同,7种组织中表达量最高的基因可能与免疫抑制、蛋白质运输、根系的生长及光调控功能相关,表明这些亲环蛋白可能在生物过程中起重要作用,本研究结果为进一步研究柑橘基因功能和进化提供科学依据。     

甜瓜MADS-box基因家族的鉴定及系统进化分析

中国是甜瓜的主要生产国家，种植面积和产量都位于世界首位。本研究通过全基因组分析鉴定了甜瓜MADS-box基因家族成员，分析甜瓜MADS-box基因家族成员的染色体定位、多重序列比对、motif分布和外显子-内含子结构分布，以及对其成员进行进化及表达分析，并分析启动子区的顺式作用元件分布。结果显示，从甜瓜全基因组数据库中共鉴定了45个甜瓜MADS-box基因，其中Ⅰ型基因11个，Ⅱ型基因34个；通过系统发育分析，Ⅰ型基因主要分布于Mβ和Mγ亚家族中；Ⅱ型基因则分布于13个亚家族；Ⅰ型基因与Ⅱ型基因的motif分布和外显子个数区别明显，但同型基因区别不大；对CmMADS-box基因家族全生理期表达量进行可视化分析并进行了共线性分析；根据启动子区的顺式作用元件分布情况，推测CmMADS-box基因可能响应多种外界胁迫，即具有功能多样性。该研究结果为探究甜瓜MADS-box基因家族生物学功能提供参考。     

植物B3转录因子的结构和功能

B3基因家族是植物所特有的,在植物中广泛存在的大转录因子家族。B3家族含有B3-DNA结合结构域,通过结合特异性DNA序列而在植物生长发育中起重要调控作用。晶体结构分析显示B3-DNA结构域和Eco RII(Eco RII-N)以及Bfi I限制性酶切位点(Bfi I-C)具有相同的蛋白质折叠特性。根据结构特征和功能可将B3家族分为5个亚家族:ARF家族、ABI3家族、HIS家族、RAV和REM亚家族,这些基因家族在调控植物的生长发育、器官形态建成、花芽分化以及应答多种逆境胁迫中发挥重要作用。本研究综述了B3基因家族的结构特征和5个亚家族的主要功能作用,为深入研究该基因家族提供一定参考。