大豆CHR2-1基因生物信息学分析与大豆遗传转化

大豆异黄酮是有助于人类身体健康的一类次级代谢产物,大豆查尔酮还原酶（chalcone reductase, CHR）基因是控制大豆异黄酮主要组分大豆苷元生物合成的关键酶之一。为拓宽大豆CHR研究范围,促进异黄酮代谢机理研究,进而推进大豆品种改良,本研究利用基因工程技术对大豆CHR2-1基因进行克隆及生物信息学分析,并且构建植物表达载体pCAMBIA3301-CHR2-1,通过农杆菌介导法将目的基因整合到东农50受体大豆基因组中,PCR筛选鉴定获得大豆转化植株。结果表明：GmCHR2-1基因编码的蛋白属于非分泌型蛋白,可能在细胞质中发挥主要功能,属于非跨膜类蛋白并不在细胞中发生迁移;该蛋白存在22个潜在磷酸化位点,其中苏氨酸（Thr）4个、丝氨酸（Ser）18个;该蛋白由α-螺旋（40.63%）、延伸链（14.29%）、β-转角（4.13%）和无规则卷曲（40.95%）4个部分组成。PCR鉴定表明,转化植株基因组包含草丁膦抗性基因Bar、终止子NOS和启动子35S位点,初步确定已将GmCHR2-1转入到东农50大豆品种基因组中,并获得T₂阳性植株转化苗12株。     

大豆MPBQ-MT基因的克隆与生物信息学分析

以大豆品种合丰25和Bayfield为材料,克隆大豆2-甲基-6-植基-1,4-苯醌甲基转移酶(MPBQMTase)基因,获得1 029 bp的MPBQ-MT基因c DNA序列。通过序列比对发现10个大豆MPBQ-MT基因c DNA区内的潜在SNP位点。采用生物信息学方法分析MPBQ-MT基因编码的氨基酸序列和蛋白质结构。结果表明:MPBQ-MT基因CDS区共编码342个氨基酸,其中缬氨酸(Val)含量最多,占该基因编码氨基酸总数的8.8%;半胱氨酸(Cys)含量最少,占该基因编码氨基酸总数的1.2%;MPBQ-MT蛋白N端包含由58个氨基酸组成的叶绿体转运肽,为亲水性蛋白质。合丰25与Bayfield的MPBQ-MT蛋白质二级结构有所不同,2个品种的MPBQ-MT蛋白质中α-螺旋分别约占25.44%和27.49%,β-转角分别约占9.36%和9.06%,无规则卷曲分别约占40.35%和38.60%。2个品种的MPBQMT蛋白质中片层结构均约占24.85%。两个品种的MPBQ-MT蛋白质均有1个S-腺苷基甲硫氨酸结合位点。对MPBQ-MT蛋白三级结构进行预测,发现去掉转运肽后,MPBQ-MT蛋白质三级结构主要由11个连续的α-螺旋区域和8个连续的片层结构区域组成。结合MPBQ-MT蛋白三级结构对MPBQ-MT基因的生物学功能进一步分析,提出了较为合理的MPBQ-MT作用模型。由系统发生树可知MPBQ-MT蛋白在大豆与菜豆中的亲缘关系较近。     

大豆核孔蛋白GmNup96基因的克隆及生物信息学分析

从大豆品种天隆1号的叶片中克隆Gm Nup96基因的c DNA序列,对其编码的氨基酸序列、蛋白质理化性质、一级结构、二级结构、亚细胞定位等进行了生物信息学分析。结果表明:Gm Nup96基因编码1 022个氨基酸,为具有一定亲水能力的酸性蛋白,不具有信号肽,相对分子量为116.199 7 k Da;二级结构预测结果显示,Gm Nup96序列存在α-螺旋(46.87%)、无规则卷曲(26.32%)、延伸链(17.03%)和β-转角(9.78%),并无其它二级结构;系统进化树分析表明,大豆Gm Nup96基因与野生大豆、芸豆、绿豆、红小豆之间的亲缘关系更近。     

腐霉根腐病抗性候选基因GsDYRK2研究及大豆DYRK基因生物信息学分析

为挖掘大豆腐霉根腐病抗性基因,对野生大豆腐霉根腐病抗性候选基因—双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶基因GsDYRK2进行研究,在大豆全基因组信息中比对该基因的同源基因家族并进行初步生物信息学分析,进一步对18份野生大豆材料接种大豆腐霉根腐病病菌并进行鉴定和基因实时表达检测,分析GsDYRK2表达量与野生大豆资源腐霉根腐病抗性的关系。结果表明：GsDYRK2与GmDYRK2序列相似度最高为98.21%,由722个氨基酸残基组成,分子质量为82 573.92 Da,等电点为4.63,脂肪系数为75.18,不稳定系数为49.01,为不稳定蛋白,且为亲水性蛋白。大豆DYRK家族成员编码的蛋白质序列长度为409～1 179 aa,分子量为46 356.53～132 314.75 Da,理论等电点为4.63～8.66,不稳定系数为34.88～51.26,脂肪系数为70.90～87.01。GsDYRK2蛋白序列仅含PKc＿DYRK＿like一个一级结构域。二级结构类型及含量为：无规卷曲(48.06%)>α螺旋(36.7%)>延伸链(11.91%)>β转角(3.32%)。大豆DYRK家族可...     

大豆HB基因GmSbh1的分离与生物信息学分析

从大豆叶片中分离到Gm Sbh1基因c DNA的完整开放阅读框(ORF)序列,对其编码的氨基酸序列、蛋白质一级、二级结构及互作蛋白等进行了生物信息学分析。结果表明:在Gm Sbh1基因c DNA序列的第156~1 293 bp处有一个完整的ORF,编码379个氨基酸;Gm Sbh1具有同源异型盒(homeoboxbox,HB)基因家族典型的KNOX1、KNOX2、ELK和Homeodomain(HD)结构域;检索到18条与Gm Sbh1核酸序列一致性大于80%的序列;Gm SBH1为亲水性蛋白,不具有信号肽,分子量为42.37 k Da,其中丝氨酸(Ser)、天冬氨酸(Asn)和亮氨酸(Leu)分别为占10%、9.8%和8.4%,可能发生磷酸化的位点分别在Ser(13个)、酪氨酸(Tyr)(2个)和苏氨酸(Thr)(1个)上;二级结构预测结果显示,Gm SBH1序列存在α-螺旋(占39.31%)、β-转角(占5.28%)、延伸链(占8.44%)和无规则卷曲(占46.97%),不存在跨膜螺旋;蛋白互作预测表明,Gm SBH1与拟南芥中的RPL、BEL1、AT4G32980.1-P、BLH2和BLH3等蛋白的互作程度较高,其中与BEL1共表达的几率较高。     

大豆2S清蛋白基因生物信息学分析

2S清蛋白含有动物胰蛋白酶抑制剂及过敏原等多种具有生理活性的多肽,可引起特殊人群尤其是儿童的过敏反应,其编码基因为LTP基因家族。为系统地分析2S清蛋白编码基因,利用生物信息学分析方法获得2S清蛋白基因的全序列、定位以及转录本等信息,鉴定了30个大豆LTP家族基因。基因定位结果表明:23. 33%基因在染色体上串联排布,反映了该家族基因的串联重复进化。通过基因功能注释得到22个非特异性脂质转运蛋白,1个类伸展素蛋白,4个脯氨酸蛋白,2个种子储存2S清蛋白和1个雄蕊特殊蛋白。根据系统发育分析将这些蛋白分成3个类群。类群I有类伸展素蛋白、脯氨酸蛋白、雄蕊特殊蛋白和种子储存2S清蛋白,类群II有16个非特异性脂质转运蛋白,类群III有6个非特异性脂肪转移蛋白。种子储存2S清蛋白基因在种子发育中后期特异表达,表达量显著高于其它同源基因。本研究为进一步研究其功能提供指导,为该类基因应用于大豆品质改良提供理论支撑。     

大豆GmNCED5基因非生物胁迫响应及生物信息学分析

为探究大豆9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)基因GmNCED5对非生物胁迫的响应及原理,为植物基因工程及大豆抗逆育种提供理论基础,本研究检测GmNCED5在非生物胁迫下的表达量,并对该基因及其启动子序列进行生物信息学分析.实时荧光定量PCR结果显示,干旱、高盐、高温、低温及外源脱落酸(ABA)处理均可以不同程...     

大豆BBX32基因生物信息学分析及基因编辑靶点设计

BBX32基因是一种含锌指结构的转录因子,广泛的参与植物生长和发育过程,但在大豆中,BBX32基因的具体生物学功能还尚未被解析.为研究大豆BBX32基因在大豆中的分子机理和生物学功能,本研究通过同源比对分析发现,大豆中含有两个与拟南芥BBX32同源的基因,分别命名为GmBBX32a和GmBBX32b.同时,通过检索RN...     

大豆NRT1.2同源基因的生物信息学分析

AtNRT1.2已被证明在模式植物拟南芥中作为低亲和硝酸根转运蛋白参与硝态氮的吸收。为研究其编码基因在大豆中的同源基因,进一步挖掘大豆中参与调控共生固氮的候选基因并为开展其功能研究奠定基础,本研究利用Phytozome、ProtParam、TAIR和SoyBase数据库以及GSDS、TMpred Server、ClustalX 2.1和MEGA 7.0软件,对NRT1.2在大豆中的6个同源蛋白的系统进化关系、基因序列、氨基酸序列、跨膜结构以及表达模式进行生物信息学分析。系统进化分析发现GmNRT1.2a、GmNRT1.2b、GmNRT1.2c和GmNRT1.2d与菜豆和苜蓿等豆科植物的NRT1.2亲缘关系较近。氨基酸序列比对分析发现GmNRT1.2a和GmNRT1.2b相似度较高,且GmNRT1.2s都含有类似的跨膜结构。在表达模式方面,SoyBase的数据显示GmNRT1.2s同源基因的表达存在较明显差别,GmNRT1.2a和GmNRT1.2b在大豆根及根瘤中表达较高。以上生物信息学分析结果暗示GmNRT1.2s可能在参与硝酸盐吸收的同时也介导大豆共生固氮过程。本研究结果为深入探究GmNRT1.2s在氮吸收与共生固氮协同调控大豆氮素供给的分子机制方面提供了一定的数据支持。     

大豆PPR基因家族生物信息学分析

为明确大豆PPR基因家族在染色体上的分布、保守结构域、亚族种类、进化关系及表达特征等,采用生物信息学方法,基于Pfam的PPR种子序列模型筛选大豆基因组数据库,获得631个大豆PPR家族基因;利用MEME、ExPASy、TBtools、FigTree等工具对大豆PPR家族基因进行分类,分析各亚族的进化关系和保守结构域差...     

大豆油脂储存蛋白的生物信息学分析

大豆种子含油量高低和油脂合成途径密切相关,油脂合成途径复杂,涉及诸多蛋白和酶,为此对大豆油脂储存蛋白进行生物信息学分析。大豆全基因组数据下载于JGI数据库,生物数据库查询结合Perl程序处理获取大豆油脂储存基因和蛋白,在大豆基因组中确定1 264个与油脂合成相关的基因,其中23个基因与油脂储存有密切的联系。利用Protparam、SOPMA、Prot Comp、Signal P软件对23个基因的蛋白序列、蛋白基本理化性质及二级结构、亚细胞定位、信号肽等进行生物信息学分析。结果表明:23个油脂储存基因不均匀分布在12条染色体上;23个蛋白序列氨基酸数目为165~1 012个;等电点为5.90~10.03;外显子数目为5~16个;二级结构预测显示无规则卷曲和α-螺旋为主要构成成分;蛋白亚细胞定位主要位于内质网、质膜和胞外。用MEGA6软件内置的Clustal W程序对大豆中油脂储存基因的蛋白序列进行比对分析,采用邻接法(neighbor-joining,NJ)构建系统发育树,结果显示大豆油脂储存基因的亲缘关系和进化差异。     

大豆GmST1基因的生物信息学分析

磺基转移酶(sulfotransferase,SULT)基因是一个基因超家族。对大豆磺基转移酶基因GmST1(Glyma.13G191400)进行基于生物信息学的基因结构分析与功能预测,结果表明:GmST1(Williams82)基因序列全长1 439 bp,CDS区长1 035 bp,编码344个氨基酸。通过序列比对,分析出在感病Williams 82和抗病品种东农93-046中,GmST1序列存在着非同义SNP,导致氨基酸改变。利用Plant CARE分析启动子元件,发现在基因启动子序列中含有多个与光诱导、生长素、水杨酸、干旱等相关的元件。在BAR数据库中分析了GmST1的拟南芥同源基因在不同逆境胁迫条件下基因表达情况,表明该基因表达具有组织表达特异性,参与盐胁迫、干旱胁迫和抗病等相关反应。     

大豆MYB转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,近年的研究表明其广泛参与多种生物学过程。MYB转录因子在其N端含有其特有的DNA结合基序(MYB-binding domain),能够与DNA分子大沟结合而调控基因表达。本研究通过生物信息学手段,在全基因组水平上筛选鉴定出了304个大豆MYB类转录因子,并对其进行了分类和保守结构域分析;通过与拟南芥的MYB基因进行系统发生分析,将304个大豆MYB转录因子分为了22个亚类;染色体定位分析表明大豆MYB转录因子在所有染色体上都有分布,部分染色体间的MYB蛋白序列高度相似,表明此类基因在进化上具有相同的来源;利用野生大豆盐、碱胁迫下转录组数据,分析MYB基因的表达模式,发现部分MYB转录因子能够响应盐、碱胁迫的诱导,且在盐、碱胁迫下具有不同的表达模式。     

大豆病程相关蛋白PR-5及其同源蛋白TPLs的生物信息学分析

大豆病程相关蛋白PR-5又称为类甜蛋白TLPs,广泛分布于高等植物体内,各种生物和非生物胁迫诱导(病原微生物、渗透胁迫,机械损伤和植物激素等)均可诱导其表达。本研究以PR-5编码基因Glyma01g42670.1为目的基因,对该基因及其同源蛋白的结构和功能进行了分析;通过生物信息学的方法,共筛选获得42条大豆TLPs蛋白质序列,并用Mega 4.1软件构建其系统进化树;同时对Soy Base中的大豆TLPs相关的表达数据进行分析。结果表明:大豆病程相关蛋白PR-5的编码基因Glyma01g42670.1编码240个氨基酸的多肽链,p I 6.26,是一种酸性蛋白,属于疏水蛋白,该蛋白质具有典型的TLP家族的保守结构域,具有指导PR-5蛋白的跨膜转移(定位)的N端信号肽序列,PR-5蛋白不含有跨膜螺旋结构,主要存在于质外体中,属于分泌蛋白,推测该蛋白具有内切葡聚糖酶的催化活性,进化分析表明:该编码基因与拟南芥的NP_192902.1基因属于直系同源基因,它们是具有相同功能和共同起源的基因,组织表达特异性分析表明该基因主要在根部和花中表达。     

甘蔗ScHTD2基因的克隆及生物信息学分析

D14是一类能够有效抑制水稻分蘖的水解酯酶,可能是独脚金内酯信号传导途径中的重要组分。为研究该基因在甘蔗分蘖性状中的功能,利用RT-PCR和RACE技术从甘蔗主栽品种ROC22中克隆出D14同源基因的c DNA全长,命名为Sc HTD2,并对其进行生物信息学分析。结果表明:Sc HTD2基因的c DNA全长为1 302 bp(KP137674.1),具有927 bp的开放阅读框,编码308个氨基酸;蛋白质分析表明,Sc HTD2为不稳定的水溶性非分泌蛋白,主要作用于氨基酸的生物合成或者作为生长因子调控生物生长发育。亚细胞定位于叶绿体,存在14个磷酸化位点,不存在乙酰化位点和信号肽。二级结构以α螺旋和无规则卷曲为主,还有一些残基形成β-折叠和链延伸。保守结构域和三级结构预测均表明该蛋白包含一个α保守水解酶家族,属"D14-Like"或者"DAD2-Like"蛋白家族。推测Sc HTD2可能作为独脚金内酯调控甘蔗分蘖信号转导中一个具有催化特性的水解脂酶而起作用。进化树分析表明该蛋白与高粱、玉米等单子叶植物进化关系较近。     

大豆GmGLP10基因的克隆及生物信息学分析

通过PCR的方法从大豆抗菌核病品种Maple Arrow中克隆得到Gm GLP10基因,生物信息学分析结果显示Gm GLP10蛋白由213个氨基酸组成,具有一个糖基化位点和多个磷酸化位点,为胞外分泌蛋白。通过对Gm GLP10基因起始密码子上游1 500 bp序列进行顺式作用元件分析,预测Gm GLP10启动子上具有多个与激素和防御胁迫应答相关的顺式作用元件。进化树分析结果表明,Gm GLP10与多个生长素结合蛋白进化距离较近,推断其可能具有相似的功能。Gm GLP10基因在菌核病菌胁迫下的转录本丰度的变化结果表明在菌核胁迫处理后Gm GLP10基因表达量上调明显。Gm GLP10可能作为生长素结合蛋白参与调控大豆的生长发育与抗病防御应答反应。