甘蓝蔗糖磷酸合酶家族的鉴定和表达分析

蔗糖磷酸合酶(SPS)是调节植物蔗糖生物合成的关键酶.SPS由不同的基因编码组成,具有不同的表达模式和功能差异.利用拟南芥SPS蛋白保守结构域在甘蓝全基因组共鉴定到6个甘蓝SPS家族成员.进化分析结果表明甘蓝SPS基因分为3个亚族.6个BoSPSs家族成员被定位在甘蓝的5条染色体上.启动子顺式作用元件分析结果表明,BoSPSs含有许多与激素、逆境和光响应相关的顺式作用元件.RNA-Seq结果表明,BoSPSA1a在各个组织中均具有较高的表达量,BoSPSB除了在芽中表达量较高,在其他各个器官/组织中表达量均较低;冷敏甘蓝(CS-D9)和耐冷甘蓝(CT-923)中BoSPSA1b低温处理后均上调表达,且不同时间点耐冷甘蓝中的表达量均明显高于冷敏甘蓝.本研究结果有助于了解甘蓝SPS家族的信息,增加了对这些基因在甘蓝生长发育过程中及低温胁迫中所起的作用的理解.     

中国南瓜蔗糖转化酶(INV)基因的鉴定及进化和表达分析

蔗糖转化酶(INV)编码基因广泛参与植物的生长发育,在果实成熟期可影响果实品质。本研究利用生物信息学手段对中国南瓜INV基因家族进行鉴定和分析。结果表明,从中国南瓜中鉴定出18个INV基因家族成员,其功能分为酸性转化酶和中性/碱性转化酶两大类。该家族成员在11条染色体上不均匀分布,且仅有1对串联重复基因。表达模式分析结果显示,CmoCh06G004890.1在根中的相对表达量高于其他INV基因家族成员,CmoCh01G010160.1和CmoCh06G004890.1在果实中的相对表达量较高。葫芦科作物INV系统进化分析结果表明,中国南瓜、印度南瓜和美洲南瓜的大多数INV基因均聚为一簇,具有较近的亲缘关系。本研究结果为进一步分析中国南瓜INV基因的生物学功能以及提高中国南瓜品质提供了一定的理论依据。     

亚洲棉Argonaute蛋白家族的生物信息学预测与分析

【目的】在全基因组水平上鉴定亚洲棉(Gossypium arboretum L.)AGO蛋白家族成员,分析其进化关系,为亚洲棉遗传改良提供基因资源。【方法】用AGO蛋白保守域在亚洲棉基因组数据库中进行同源比对,并对AGO蛋白家族的进化关系、基因结构、结构域、染色体定位、三级结构及表达模式等进行生物信息学分析。【结果】从亚洲棉蛋白数据库中共鉴定出11个AGO蛋白家族成员,其编码区长度为2 949~9 807bp,定位在6条染色体上,其中第9号染色体上分布有4个基因;11个AGO家族成员分为5个亚族,亚族内各成员间具有很高的保守性;AGO家族成员均具有典型的α-螺旋跨膜结构,属于碱性蛋白;从表达模式看,AGO家族成员在纤维发育不同时期和不同组织中的表达量存在较大差异,其中5个基因在棉纤维次生壁后期高表达,在其他时期表达水平较低,存在组织特异性。【结论】成功鉴定了亚洲棉AGO蛋白家族,明确了其基本结构的进化关系及基因表达特点。     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

尼瓦拉野生稻FKBP基因家族的鉴定及功能分析

用HMMER软件,根据FKBP蛋白特征保守结构域初步鉴定了FKBP家族蛋白,再对初步鉴定的FKBP家族蛋白序列进行Pfam数据库保守结构域搜索,进一步甄别确定。据此得到尼瓦拉野生稻FKBP基因25个,转录本40个;亚洲栽培稻FKBP基因26个,转录本33个。根据尼瓦拉野生稻和亚洲栽培稻FKBP蛋白的系统进化关系和相关注释信息对尼瓦拉野生稻FKBP基因家族成员进行了命名,并用在线软件对比分析了尼瓦拉野生稻和亚洲栽培稻FKBP家族蛋白理化性质、转录本结构和蛋白保守基序,初步讨论了尼瓦拉野生稻与对应的亚洲栽培稻FKBP家族成员间的异同点,并结合NCBI的SRA数据库中相关RNA测序数据分析FKBP基因在不同生长时期和不同器官内的表达情况,为相关研究提供有益参考。     

石榴TCP基因家族的生物信息学与表达分析

TCP是植物特有转录因子家族之一,参与植物的叶发育、花发育、分枝发育、芽的休眠、果实的成熟及花色苷的生物合成等生长发育过程。本研究以石榴基因组数据和转录组数据为材料,分析了石榴TCP基因家族成员的理化性质、系统进化关系、保守结构域、基因结构和表达情况。结果表明,石榴基因组有22个TCP基因,TCP蛋白氨基酸长度在221～644 aa之间,蛋白分子量为23.23～70.76 ku。石榴TCP基因可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两大类。大多数PgTCP基因无内含子。CIN亚族成员PgTCP1、PgTCP3、PgTCP4、PgTCP5含有miR319调控位点。PgTCP1和PgTCP3在叶片中表达量高,PgTCP1和PgTCP14在花中表达量高。PgTCP22在果皮发育中表达量降低,PgTCP2和PgTCP5在外种皮发育中表达量降低。该研究结果可为石榴TCP家族基因功能研究,探索TCP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。     

普通烟草Nt4CL基因家族的生物信息学分析

为烟草分子育种提供参考,利用序列相似性比对鉴定烟草中的20个Nt4CL基因,并对其基因结构、蛋白理化性质及保守结构域、亚细胞定位进行分析预测。基于普通烟草栽培品种K326转录组数据,对20个Nt4CL基因在烟叶不同生长发育时期的表达量进行可视化分析。结果表明:烟草中Nt4CL基因数目庞大,但其蛋白结构、理化性质等高度保守,且各个家族成员存在组织特异性表达;选择烟草叶片高表达的Nt4CL基因进行功能研究,可为烟草木质素合成的分子调控研究奠定基础。     

基于转录组的百香果ARF基因家族的鉴定及表达分析

基于转录组数据对百香果ARF基因家族(PeARFs)进行鉴定,利用生物信息学软件分析其编码蛋白的理化性质、保守结构域、保守基序、系统进化情况,同时比较了它们在‘福建3号’(黄果)和‘福建1号’(紫果)不同果实成熟阶段的表达差异.共鉴定得到13个PeARF成员,其编码的蛋白质含有365～970个氨基酸,分子质量约为39.95～106.33 ku,等电点为5.40～8.94.保守结构域分析结果显示,所有PeARF蛋白质均具有典型的B3和Auxin-resp结构域,仅4个成员(PeARF6、PeARF8、PeARF12、PeARF13)具有Aux/IAA结构域.保守基序分析表明,PeARFs共包含15个保守基序,每个成员包含保守基序类型和数目不同.亚细胞定位预测结果显示,13个PeARFs均定位于细胞核.系统进化分析结果显示,PeARFs蛋白可分为4个亚家族.13个PeARFs基因在果实不同发育期呈现一定的时间和品种表达特异性,其中PeARF1、PeARF6、PeARF7、PeARF8和PeARF10在两品种中的表达均随着果实的成熟而下降,而PeARF12则随着果实的成熟而上升.本研究表明PeARFs家族中的部分成员可能与果实的成熟密切相关,结果可为进一步揭示百香果ARF基因的功能提供依据.     

苦荞WOX家族全基因组鉴定及响应愈伤诱导率表达分析

【目的】全基因组鉴定苦荞WOX(WUSCHEL-related homeobox)基因,揭示其基因家族成员序列特征、基因表达模式及与出愈率的相关性,为突破苦荞再生及遗传转化难题提供理论基础。【方法】基于同源性搜索策略,以拟南芥WOX基因蛋白为参考序列,进行苦荞全基因组比对,获得苦荞WOX基因家族成员蛋白及核酸序列。基于蛋白同源性及保守结构域分析,鉴定出苦荞WOX基因家族所有成员。同时使用TBtools软件展示FtWOXs家族成员基因结构、保守结构域及启动子顺式作用元件特征。比较分析WOX基因家族成员在苦荞与拟南芥之间的基因组共线性。基于邻近法,利用MEGA X软件构建苦荞、拟南芥和水稻WOX基因家族成员蛋白序列系统进化树。以MS+2,4-D 3.0 mg·L^-1+6-BA 1.0 mg·L^-1为愈伤诱导培养基,下胚轴为外植体,选取70份苦荞品种诱导愈伤组织,评价不同基因型的出愈率。qRT-PCR比较分析高、低出愈率苦荞品种间FtWOXs基因表达水平。基于Pearson相关系数分析出愈率与FtWOXs基因家族成员表达相关性。【结果】共鉴定出30...     

杨梅全基因组的GATA转录因子鉴定、功能及进化分析

对杨梅GATA转录因子进行全基因组鉴定,并预测其理化特性、染色体定位、基因结构、蛋白保守序列等基本特征.结果表明,26个GATA转录因子随机分布在8条染色体上,共分为4个亚家族,并且各亚家族的成员在保守基序、结构域及基因结构上均存在一定的差异性.物种共线性结果表明,基因复制和片段性的重复事件可能是部分MrGATA演变的主要驱动力,MrGATA在不同组织和发育时期的表达数据说明各亚家族之间也存在功能上的差异.根据顺式作用元件及表达模式推测了GATA转录因子家族成员的功能.这些数据为探究杨梅MrGATA功能以及分子育种提供了依据.     

玉米大斑病菌Homeobox转录因子家族全基因组鉴定及其表达规律分析

【目的】从全基因组水平上鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)Homeobox转录因子家族及其分布,阐明该家族的序列及进化特征,分析该家族基因在病菌不同生长发育时期的表达规律。【方法】利用生物信息学手段搜索玉米大斑病菌全基因组数据库,鉴定Homeobox转录因子家族;采用MEGA 5.0软件进行系统进化树分析;利用在线工具GSDS(gene structure display server)(http://gsds1.cbi.pku.edu.cn/index.php)绘制基因结构图;利用Clustal X 1.83软件分析Homeobox保守结构域(HOX保守结构域)的氨基酸序列特征;利用SOPMA(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.plpage=npsa_sopma.html)对Homeobox蛋白的二级结构进行在线预测;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术分析Homeobox转录因子家族在病菌不同发育时期的表达模式。【结果】在玉米大斑病菌中鉴定了8个Homeobox转录因子家族成员(St HTF1-8),根据基因结构及系统进化特征将其分为4类;亚细胞定位预测分析表明,这8个蛋白全部定位在细胞核中;该家族成员均含有HOX保守结构域,其二级结构具有特征性的"螺旋-转角-螺旋"(helix-turn-helix)结构;利用q RT-PCR技术对该家族成员在菌丝、分生孢子形成、芽管形成、附着胞及侵入丝形成等5个时期的表达规律分析,发现不同基因在病菌不同发育时期具有不同的表达水平,其中St HTF1在菌丝发育、分生孢子及附着胞形成等3个时期的表达水平相对较高,St HTF3、St HTF4在分生孢子形成时期表达水平最高,St HTF6在芽管形成时期的表达水平最高,St HTF2、St HTF5、St HTF7和St HTF8在附着胞形成时期的表达水平均较高。【结论】玉米大斑病菌包括Homeobox转录因子家族包含8个成员,在进化上分为4大类,全部成员均分布在细胞核内,其编码蛋白质均含有保守的HOX结构域及"螺旋-转角-螺旋"空间结构;该基因家族成员在病菌不同发育时期呈现不同的表达规律。     

辣椒CUL家族基因的鉴定与表达分析

CUL家族成员在植物体内发挥着重要作用,但关于辣椒CUL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析报道较少。本研究对辣椒CUL基因家族进行了全基因组鉴定和表达分析。结果表明,共有12个CaCUL家族基因被系统鉴定,编码序列(CDS)全长为777～2 952 bp,非均匀地分布在6条染色体上,系统进化树将CUL基因分为4个亚家族。保守结构域分析结果表明,所有CUL蛋白均含有Cullin结构域,除此之外,有8个成员含有Cullin-Nedd8结构域,CaCUL1.6蛋白含有NB-ARC结构域。亚细胞定位预测发现CaCUL均定位于细胞质、细胞核。CaCUL基因的启动子中有多种与激素和胁迫响应等相关的顺式作用元件。基因表达模式分析结果表明,在不同生长阶段的不同组织中CUL参与了辣椒植株的生长和发育;在非生物胁迫中,大部分CUL基因都具有应激反应。本研究为进一步解析CaCUL家族基因在辣椒生长发育和非生物胁迫应答中的作用机理奠定了基础。     

玉米脱水素基因家族的鉴定与分析

脱水素(dehydrin,DHN)属于LEA蛋白第二家族成员,是一种植物中广泛存在的亲水性蛋白,在干旱、低温和高盐等非生物胁迫的环境中起到重要作用。通过生物信息学方法对玉米全基因组DHN家族成员进行了鉴定,并进一步对其系统发育、基因结构、染色体定位和基因复制以及表达模式进行了系统分析。结果显示,在玉米DHN基因家族中共有5个家族成员,多物种系统发育进化树分析、基因结构以及基序分析都表明DHN家族成员在进化上具有高度的保守性。基因复制和物种间微共线性分析表明,在5个玉米DHN基因中存在着1对片段复制基因(ZmDHN1-ZmDHN2),玉米、高粱和水稻3个物种间存在2对直系同源基因(ZmDHN2-Sb04g032250.1,ZmDHN2-Os02g44870.1)。通过转录组表达数据分析表明,玉米DHN家族基因在不同发育时期具有不同的组织表达模式;同时,诱导表达模式分析表明ZmDHN基因的表达受到盐和干旱胁迫的显著诱导。该研究结果将为进一步鉴定玉米DHN家族重要的基因成员并对其开展功能分析奠定基础。     

葡萄OVATE基因家族生物信息学及表达

【目的】OVATE是一类调控植物生长发育的转录抑制因子,对葡萄OVATE基因家族(Vv OFPs)进行生物信息学和组织特异性表达分析,为该类基因的功能研究奠定基础。【方法】根据OVATE保守域蛋白序列(PF04844)对葡萄OVATE基因家族进行鉴定,利用生物信息学方法对葡萄OVATE基因家族染色体定位、基因结构、保守结构域、亚细胞定位等方面进行预测和分析,并分析葡萄和拟南芥OVATE基因家族的进化关系。采用实时荧光定量PCR技术检测Vv OFPs组织表达特性。【结果】葡萄OVATE基因家族包含17个成员,不均匀地分布在11条染色体上,均没有内含子结构,编码115—444个氨基酸,等电点4.55—9.69,均为亲水蛋白;所有蛋白均包含完整的OVATE保守结构域,亚细胞定位主要在细胞核中。根据进化树拓扑结构,将葡萄和拟南芥OVATE蛋白家族聚为六类(Ⅰ—Ⅵ),其中,Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ类仅包含两个基因,Ⅰ、Ⅳ、Ⅵ类中Vv OFPs和At OFPs相互交错地聚类在一起;Vv OFPs和At OFPs共包含10个未知基序,保守元件1和2位于OVATE结构域区域,此外,在OVATE结构域外每个类别均包含特有基序。Vv OFPs具有组织表达特异性,12个基因在根、茎、叶、花和果实中均可以检测到表达,其余5个基因仅在特定组织中表达。多数Vv OFPs在根、嫩茎和花中表达量较高,在嫩叶和果实中仅检测到少数基因表达;Vv OFPs在不同发育期表达量存在差异,通常在开花前1周和开花期表达量较高,而花后4周果实中表达量较低。1对旁系同源基因表达模式相似,3对旁系同源基因产生了新的表达模式。【结论】葡萄OVATE结构域序列比较保守,其在不同组织中呈现出多种表达模式,推测其可能参与了葡萄生长发育的调控。     

猪全基因组范围ETS基因家族成员的鉴定、进化与表达分析

ETS转录因子家族在动物中广泛存在,参与细胞分化调控、细胞周期控制、细胞调亡等多个生物学过程。文章采用生物信息学方法系统分析猪ETS家族成员进化关系和调控图谱,结合RNA-Seq数据分析其组织表达规律。研究利用Pfam鉴定ETS保守结构域序列检索猪(Sus scrofa)蛋白序列,最终在猪基因组上鉴定得到23个ETS家族基因。分析ETS家族基因、蛋白一级结构和高级结构及亚细胞定位预测。基于最大似然法,构建ETS家族系统发育树发现,可分为11个子家族,子家族成员保守结构域、基因结构、理化性质相似。通过生信分析构建由ETS家族、靶基因和miRNA构成的基因调控网络,筛选出40个"ETS家族基因-miRNA-靶基因"前馈回路。转录表达谱提示ETS家族基因在成年公猪和母猪28种不同类型组织中均有表达,且ETS1基因在免疫组织(淋巴、脾脏)和外周血单核细胞中高表达,SPIC基因在免疫组织(淋巴、脾脏)高表达。研究结果为揭示ETS家族成员生物学功能奠定基础。     

甘草NRAMP基因家族的鉴定和生物信息学分析

为研究甘草自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从甘草全基因组数据库中筛选并鉴定甘草NRAMP家族基因序列,并对该家族成员做进化分析、基因结构分析、保守结构域和保守基序分析、二级结构和三维结构分析。结果显示,从甘草基因组中共鉴定出11个NRAMP基因家族成员,通过进化分析发现,亲缘关系近的NRAMP家族成员基因结构和保守基序都更为相似,甘草和大豆的NRAMP家族成员间亲缘关系更接近。甘草大部分NRAMP家族成员的氨基酸数量差异不大,介于300～549个,且亚细胞定位在细胞膜上,而2个分子质量较大的成员GurNRAMP7和GurNRAMP8亚细胞定位在叶绿体上,各个成员的跨膜结构数量不尽相同。各个基因在染色体上的分布较为分散,只有NRAMP9、NRAMP10、NRAMP11定位在同一条染色体上。α-螺旋是甘草NRAMP家族成员中最主要的二级结构,但各个成员含有的α-螺旋数量不完全一样。     

水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR（q...     

玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4克隆及其低温胁迫下的表达模式

[目的]克隆玉米蔗糖转运蛋白基因ZmSUT4,并明确其组织表达特性及在低温胁迫下的表达模式,为深入研究SUT4基因响应低温胁迫的作用机理提供理论依据.[方法]以玉米自交系黄早四幼苗为材料,采用RT-PCR克隆其ZmSUT4基因,分析其生物学信息,构建系统发育进化树,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其组织表达特异性及低温胁迫(4℃)下不同组织中的表达模式.[结果]克隆获得的ZmSUT4基因(GenBank登录号MK541991)全长为1621 bp,开放阅读框(ORF)长度为1506 bp,编码501个氨基酸,编码蛋白的分子量53.36 kD,理论等电点(pI)8.84,具有12个跨膜结构,定位于细胞膜上,既属于易化扩散载体(MFS)家族成员,也属于蔗糖/H+共转运体(GPH)超家族成员,其中第25~447位氨基酸是MFS家族蛋白的保守结构域,第17~484位氨基酸是GPH超家族成员的蔗糖运转子保守结构域GPH-sucrose.ZmSUT4蛋白的氨基酸序列与单子叶植物SUT4蛋白同源性较高,为86%~96%,聚集在同一分支上;与双子叶植物SUT4蛋白同源性较低,为62%~65%,说明该类蛋白在不同物种间高度保守.ZmSUT4基因在玉米的根、茎和叶中均有表达,以根中的表达量最高,其次是叶,茎中的表达量最低.低温胁迫下,ZmSUT4基因在不同组织中表达量模式不同,根和叶中ZmSUT4基因表达量均在胁迫24 h达最大值,分别是低温胁迫前(0 h)表达量的2.21和2.62倍,茎中的ZmSUT4基因表达量在胁迫6 h达最大值,是低温胁迫前表达量的3.01倍.[结论]ZmSUT4基因受低温胁迫诱导表达,推测其是调控玉米响应低温胁迫的关键基因.     

谷子XTH基因家族与抗旱相关基因的分析

[目的]木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶GH16家族,其家族成员可能在植物响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用,为深入挖掘谷子抗旱基因,进而选育谷子抗逆新品种,[方法]本研究利用生物信息学手段,对谷子XTH基因家族进行了分析。[结果]从谷子基因组数据库中鉴定出16个XTH基因。结构分析表明:SiXTH家族成员在基因结构及编码区序列上较为保守,含1~3个内含子;谷子XTH蛋白含有XTH家族典型的保守基序DEIDFEFLG;预测SiXTH基因家族成员在启动子区域含有响应逆境胁迫的顺式作用元件。在干旱胁迫下,通过比较两个谷子品种勾勾母鸡咀及晋汾16在干旱胁迫下基因的相对表达水平,我们发现了3个上调表达和1个下调表达的SiXTH基因。[结论]因此推测,同一类基因其基因结构及蛋白结构域相似,且XTH基因家族在谷子应答干旱胁迫的过程中起一定的作用,同时本研究也为深入探究XTH基因家族成员的功能奠定了一定的基础。