小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

花生球蛋白基因片段的克隆

为克隆花生贮藏蛋白基因建立了花生未成熟种子的cDNA文库。根据大豆贮藏蛋白的保守区设计特异引物，从花生cDNA文库中扩增出450bp的特异性产物。经过测序分析表明与大豆球蛋白各亚基基因的同源性均达90％以上，说明已得到花生球蛋白基因的cDNA片段。该片段可以作为探针从cDNA文库中筛选花生球蛋白基因的cDNA全序列。     

花生紫色酸性磷酸酶基因家族的鉴定及表达分析

紫色酸性磷酸酶（purple acid phosphatase, PAP）是一类金属磷酸酯酶,参与植物的磷素利用、碳代谢、细胞壁合成等多种生理功能,尤其是对磷缺乏的适应。本研究利用生物信息学手段在花生（Arachis hypogaea L.）全基因组水平上对PAP基因家族进行了鉴定,并对其系统进化关系、保守结构域、基因结构以及它们在22个组织中的表达模式进行了分析。结果表明：花生基因组中有39个AhPAP基因,氨基酸序列长度为205~905,等电点大多数都小于7,蛋白质C端均含有金属磷酸酶结构域。以花生、拟南芥、水稻、苜蓿共74个PAP蛋白构建的系统发育树可分为四组,每组中都含有来自不同物种的PAP,并没有因为物种差异而各自聚为一类。AhPAP基因家族中部分成员的表达具有组织特异性,arahy.P03NME、arahy.DAPS6C在根瘤中表达量最高,而它们在其他组织中表达量较低或未检测到表达。本研究为揭示AhPAP基因家族在花生中的生物学功能奠定了基础。     

花生鞘脂Δ8去饱和酶基因(AhSLD2)的克隆与表达分析

本研究从花生中分离得到了1个AhSLD基因,命名为AhSLD2,该基因开放阅读框(ORF)为1347bp,编码448个氨基酸。AhSLD2蛋白与拟南芥AtSLD的相似性为73%,都具有b5保守结构域和3个组氨酸保守域结构,属于SLD蛋白家族。利用荧光定量PCR对AhSLD2基因在花生中的表达特性进行分析,结果显示AhSLD2主要在茎中表达,并且在种子发育初期表达量最高,AhSLD2基因对干旱和ABA胁迫最敏感,在根中的表达量分别上调了21倍和14倍,推测其可能主要参与花生对干旱胁迫的适应性调节。研究为花生抗逆品种改良提供了新的基因资源。     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。     

花生1,3,4-三磷酸肌醇5/6激酶ITPK家族基因的鉴定和分析

1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶（ITPK）是一种保守的多功能酶,调控磷酸肌醇的代谢过程,广泛存在于动植物和线虫中。本研究从两个野生种花生基因组（Arachis duranensis 和Arachis ipaensis）中获得AdITPK 家族基因7个,AiITPK 家族基因7个,利用生物信息学手段,系统地分析花生ITPK 家族基因生物学特征。结果表明,AdITPKs 和Ai⁃ITPKs 基因的染色体定位相似,在03号和05号染色体上都分别有2个ITPK 家族成员,AdITPKs 在A01、A08和A10号 染色体上各1个,AiITPKs 在B01、B07和B10号染色体上各1个;花生各ITPK 基因含外显子数量在1~10个不等,可编码220~483个氨基酸;进化关系分析显示花生ITPK 家族基因可分为3个亚家族;基于保守结构域分析显示,此家族蛋白含有4~6个保守结构基序。两基因组同源基因的二级结构相似性较大,而AdITPK5和AiITPK5、AdITPK6和AiITPK6两对同源基因例外;大部分基因的三级结构皆相似,但AdITPK1、AdITPK6、AiITPK1和AiITPK6与其余基因明显不同;花生ITPK 家族基因在各器官中表达量不同,在发育前期的种子、根系和根瘤中表达较高。本研究为花生ITPK 基因的后续研究奠定理论基础,为明确ITPK 对花生生长中的调控作用提供了依据。     

四种油料作物中的细菌型PEPC基因的鉴定及在发育种子中的表达

鉴定和获取了四种油料作物（油菜、大豆、花生和芝麻）中的细菌型PEPC基因,分析了所编码蛋白的保守结构域（BOX I-IV）和蛋白作用功能位点。基因包括甘蓝型油菜的Bna10093361、Bna1009749和Bna10093360,大豆的Glyma10g34970.1, Glyma01g22840.1和Glyma02g14500.1,芝麻的SIN1018296和花生的AhPPC5。这8个基因含有19～21个内含子,内部插入一个约350～600bp的高度变异区,编码的蛋白在C端形成R/KNTG结构域,在N端缺乏磷酸化作用位点。在种子发育的不同时期,油菜中仅Bna10093360表达,但其表达量不到油菜BnActin表达量的0.1%;大豆中Glyma10g34970.1表达量最高（接近大豆GlymaActin的2%）,Glyma02g14500.1次之;花生AhPPC5表达量为花生AhActin的32%～175%,在种子不同发育时期表达量为早期>中期>晚期;芝麻SIN1018296表达量为芝麻SINActin的3%～18%,在种子发育时期的表达趋势和花生AhPPC5相似。8个基因种子中的表达模式差异明显,说明细菌型PEPC基因可能存在着广泛的功能分化。       

稻米贮藏蛋白家族的生物信息学分析

贮藏蛋白是稻米中的第二大主要成分,是影响稻米食味品质和营养价值的重要因素。对水稻中谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白、球蛋白等4大类贮藏蛋白在基因组中的分布、基因结构、表达模式以及各个蛋白家族内不同拷贝的进化关系进行研究。结果表明,谷蛋白和醇溶蛋白在基因组上的拷贝数较多,分别有15个和28个基因拷贝检测到表达。谷蛋白家族可分为3个亚家族,醇溶蛋白分为2个亚家族,并根据不同拷贝的亲缘关系对未命名的基因进行命名。清蛋白和球蛋白拷贝数较少,清蛋白有5个拷贝,其中SSA1、SSA5表达量较高,其他拷贝表达相对较低,而球蛋白的3个拷贝表达量都极低。本文为水稻贮藏蛋白以及稻米品质的研究提供了理论参考。     

花生结瘤起始因子基因鉴定及其对氮肥的响应

结瘤起始因子NIN(nodule inception)是最早发现的与植物结瘤相关的转录因子,是根瘤固氮遗传通路中重要组成成分,在结瘤早期发挥重要调节作用。为了研究花生NIN基因的功能,我们对栽培种花生中的NIN基因进行了鉴定,并利用生物信息学对该基因家族理化性质、进化关系、基因结构、表达模式等进行分析。结果表明栽培种花生中共有33个NIN基因,按亲缘关系可以分为4类;同一类的基因具有相同的基因结构和保守结构域;花生NIN基因在各个组织中表达量均较低,Arahy.I65W25和Arahy.V4BGUX在根和根瘤特异表达;在单作花生和花生//玉米间作条件下,部分NIN基因对氮肥的响应模式不同。本研究为深入研究花生NIN基因在根瘤形成和固氮遗传通路中的作用提供了理论基础。     

花生CONSTANS-Like（COL）家族基因的克隆与表达分析

开花是植物从营养生长到生殖生长的重要过程,CONSTANS-Like（COL）基因是植物光周期诱导开花途径中的关键转录因子,但是在花生中的具体功能尚不清楚。本研究通过生物信息学的方法对花生COL 基因家族成员序列特征、系统进化关系、基因结构、保守结构域及表达模式进行分析,最终克隆了17个AhCOL 基因（AhCOL1-Ah⁃COL17）。花生17个AhCOL 基因氨基酸长度范围为327aa~617aa,等电点（pI）均小于7,在蛋白质序列的氮端与碳端 均含有保守的BBX和CCT结构域。此外,不同组织中的基因表达模式分析,表明多数AhCOL 基因在叶片中的表达量显著高于其他组织。不同时期的表达量分析表明多数AhCOL 基因的表达量从苗期到开花期呈现递增。本研究为研究花生AhCOL 基因的潜在功能奠定了重要基础。     

花生Argonaute 基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白（Argonaute protein）是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花 生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数 据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO 基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进 化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明：试验 共鉴定得到51个花生AGO 基因,包括12个A.duranensis 基因,12个A.ipaensis 基因以及27个栽培种花生AGO 基因。 染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis 与A.ipaensis 基因组上有10对成 员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8 基因在花生 22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖（Shoot Tip）与雄蕊（Stamens）中AGO 基因家族呈现较高表达量。本研究结 果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

花生中三个LEA基因的克隆与表达分析

胚胎发生晚期丰富蛋白(LEA)是一类受发育阶段及脱水信号调节的脱水保护蛋白,在响应植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中具有重要功能。本研究在转录组数据分析时,发现3个LEA基因在花生干旱胁迫时大量上调表达。利用RACE技术以及生物信息学方法,发现这三个基因分别属于LEA2、LEA3以及LEA4。通过序列比对进行进化分析,结果表明其均与Arachis duranensis,A.ipaensis相关基因具有极高相似度,印证了栽培花生来源于Arachis duranensis和A.ipaensis的研究结果。通过表达分析发现,正常状态下这三个基因在花生根、茎、叶中均有表达;干旱胁迫状态下,花生根部的LEA基因大量表达,暗示其在花生抗旱机制中发挥重要作用。本研究结果可为筛选新的抗旱花生种质提供理论依据。     

Globulin and albumin proteins in dehulled seeds of three Phaseolus vulgaris cultivars

Albumin and globulin fractions, obtained after modifications of the Osborne's fractionation scheme, were investigated in the seeds of three cultivars of Phaseolus vulgaris, after removal of the seed coats, to prevent interactions of tannins and phenols with the globulins. Also, by using an appropriate buffer to separate the globulins more efficiently, no cross-contaminations were observed in SDS-PAGE between these two fractions. The combination of these two procedures resulted in globulin to albumin ratios 70percnt higher than those published previously with the same cultivars. Amino acid compositions of total globulin, phaseolin and albumin fractions are presented. Whereas the albumins contained much more cysteine than the globulins, the concentrations of methionine were evenly distributed in these two fractions. Also, the bulk of methionine was found in phaseolin; cysteine was found in non-phaseolin proteins. In addition, the globulins contained unexpectedly high amounts of lysine.     

大麦ARF基因家族的全基因组分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起到重要作用。而关于大麦ARF基因家族全基因组分析的研究尚未见报道。为进一步探讨大麦ARF基因的功能,以公布的大麦栽培品种Morex的基因组数据为基础,采用生物信息学方法鉴定了大麦ARF基因,并对其结构、染色体分布、蛋白保守结构域、系统进化树及表达谱进行了分析。结果表明,共鉴定出了17个大麦ARF基因,除4号染色体外,其余6条染色体上均有分布,片段复制事件是大麦ARF基因家族的主要扩张方式;HvARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,而Aux/IAA结构域仅存在于12个HvARF蛋白中,且不同蛋白所含该结构域1~2个不等;不同植物中ARF基因在功能上具有保守性;不同组织器官中HvARF基因的表达存在明显的差异。     

基于转录组的荔枝ARF基因家族的鉴定及表达分析

生长素反应因子(Auxin Response Factors,ARFs)是调节生长素表达的转录因子响应基因,ARF基因在植物中大多由多基因家族组成。基于转录组数据,通过生物信息学方法对荔枝ARF基因进行鉴定,并分析其理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统进化以及基因的表达模式。在荔枝中鉴定出21个ARF基因,其编码的蛋白质含有53~1 117个氨基酸,分子量约为6.112~123.872 ku,等电点为4.21~9.45。亚细胞定位预测结果显示21个ARF均定位于细胞核。Lc ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域。进化树分析表明荔枝ARF蛋白分为5个亚家族。21个荔枝ARF基因在花穗发育过程中有明显不同的表达规律。该结果为进一步深入研究荔枝ARF基因家族的功能奠定了基础。     

玉米BBR-BPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

对玉米BBR-BPC基因家族进行全基因组鉴定,分析基因结构、染色体分布和启动子顺式作用元件结合位点、分布和数量情况以及编码蛋白的理化性质、保守基序和蛋白二级三级结构、进化关系,基于转录组的结果研究基因的组织表达模式和高温、干旱等非生物胁迫以及外源生长素等诱导表达模式。结果表明,玉米BBR-BPC家族共有4个成员,家族基因的结构存在较大的差异,且存在可变剪切,共编码9个蛋白。定位分析发现,BBR-BPC1.1和BBR-BPC4定位在细胞核,其余除定位在细胞核,叶绿体中也有分布。BBR-BPC启动子区存在多种逆境胁迫、植物激素、组织部位特异表达、光响应等顺式作用元件。BBR-BPC成员在玉米不同材料、不同组织部位中的表达水平差异较大且受热、干旱等胁迫调控。在B73和Mo17材料中,BBR-BPC受热胁迫诱导表达,与qRT-PCR验证结果一致。研究结果表明,ZmBBR-BPC基因家族不同成员会在特定部位激活或者抑制相关基因表达,响应非生物胁迫。     

小麦EPF/EPFL基因家族的全基因组鉴定及 TaEPF1-2B与气孔性状的关系分析

表皮模式因子EPF/EPFL基因家族编码一类植物中特有的分泌类蛋白,在植物生长发育特别是形态建成过程中发挥着重要作用。为挖掘和利用小麦EPF/EPFL家族基因,对小麦该家族基因进行了系统鉴定,并利用生物信息学技术对其基因结构、蛋白质结构域、系统进化及表达特性进行分析。结果表明,在小麦全基因组水平共鉴定到35个TaEPF/EPFL基因家族成员,含有1~4个外显子,分布在除1A、5B外的19条染色体上,全基因组复制事件是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白结构分析显示,其编码蛋白的C端包含6个相对保守的半胱氨酸残基,N端存在信号肽剪切位点,且亚细胞定位在胞外基质中,属于一类胞外分泌蛋白。系统进化分析发现,TaEPF/EPFL基因在单子叶和双子叶植物分化之前就已形成。表达模式分析发现,大多数TaEPF/EPFL基因在小麦幼嫩组织和穗部表达量较高,部分TaEPF/EPFL基因响应干旱、高温等非生物胁迫。进一步分析 TaEPF1-2B不同单倍型与气孔性状的相关性,发现TaEPF1-2B不同单倍型的气孔密度、气孔长度、气孔宽度和气孔面积均存在极显著差异,净光合速率存在显著差异,其中单倍型Hap A具有较低的气孔密度和较高的光合速率,是优势单倍型。本研究结果为进一步改良小麦的抗旱性和光合效率提供了候选基因。