毛竹WUSCHEL-related homeobox(WOX)基因家族鉴定及表达分析

WOX基因家族是植物特有的转录因子家族,在干细胞分裂和分化的维持中发挥着关键作用。虽然在模式植物拟南芥和水稻中,WOX基因家族的功能已有深入的研究,但是毛竹Ph WOX基因家族的表达模式和功能仍属未知。本研究系统地分析毛竹Ph WOX基因家族,首先在毛竹基因组数据库进行检索获取毛竹WOX基因家族,鉴定出毛竹基因组编码5个Ph WOX基因。通过遗传进化和基因结构分析,毛竹Ph WOX基因家族分为现代/WUS进化分支和古老进化分支。有趣的是毛竹Ph WOX基因家族在根、茎、叶和笋中广泛表达,并且在竹笋的发育过程中动态表达。本研究首次分析毛竹Ph WOX基因家族的功能,揭示了毛竹Ph WOX基因家族具有独特的进化模式和多样的表达模式,为后续探索毛竹发育的分子机制奠定基础。     

毛竹CCT基因家族成员的鉴定及表达分析

CCT基因家族广泛参与植物昼夜节律、开花、作物产量及胁迫等多种生长过程,对植物的生长发育和形态建成有着重要的影响。目前毛竹CCT基因尚未被发掘研究,本研究利用生物信息学方法对毛竹CCT基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、进化关系、保守结构域、基因结构、顺式作用元件以及不同光处理下的表达模式进行了分析。结果表明：毛竹基因组中共有37个CCT家族成员,这些家族成员间基因长度存在着一定的差异,所编码的CCT蛋白大多属于不稳定的亲水性蛋白;家族成员在进化过程中CCT基因的长度逐渐变短,外显子数量变少,基因结构差异较大;家族成员含有多种保守结构域,处于同一亚家族成员的保守结构域基本类似;毛竹CCT家族成员含有多种不同的顺式作用元件,如光响应元件、脱落酸响应元件等,基本所有的基因都含有光响应元件,且这些基因在不同光质下的表达量存在着明显的差别。本研究结果为毛竹CCT家族基因在毛竹开花和遗传改良等方面提供一定的理论依据和参考。     

毛竹茎秆快速生长相关基因PeHSD1的功能探究

毛竹是中国最重要的经济竹种,也是世界上生长速度最快的物种之一。研究毛竹快速生长机制对促进林木类植物快速生长的研究有重要意义。本研究通过毛竹全长均一化cDNA文库的筛选得到一个使模式植物拟南芥出现类似抑制生长表型的基因,该基因为11β-羟类固醇脱氢酶家族基因PeHSD1。11β-羟类固醇脱氢酶家族基因是糖皮质激素的代谢酶,是糖皮质激素水平的关键调节器和催化剂。本研究首先对PeHSD1进行了基因结构和遗传进化分析,发现PeHSD1基因与拟南芥同源基因最相近。通过在模式植物拟南芥中过表达这个基因发现过表达植株出现矮小、叶片卷曲等表型。有趣的是毛竹PeHSD1基因在毛竹根、茎、和笋等各个组织中广泛表达,并且在毛竹竹秆快速生长过程中动态表达。本研究首次分析了PeHSD1基因的功能,揭示了毛竹PeHSD1基因具有独特的功能和多样的表达模式,为后续探索毛竹茎秆快速生长的分子机制提供了依据。     

毛竹全长LTR逆转座子的鉴定和进化分析

转座子和逆转座子的大量插入,是高等植物基因组进化的重要动力。作为植物基因组研究热点的禾本科植物之一,毛竹基因组大小约为2 Gb,60%为重复序列,长末端重复序列型逆转座子(LTR逆转座子)则占全部重复序列的一半以上,然而目前对毛竹基因组中LTR逆转座子及进化情况知之甚少。本研究利用已发表的毛竹基因组序列,首次通过大数据筛查预测获得9436个平均长度10.3 kb的全长LTR逆转座子。通过分析,我们估算出毛竹LTR逆转座子插入基因组的时间主要分布于200~500万年前,晚于毛竹基因组四倍化的时间。研究还发现了29个位于全长LTR逆转座子内部、有转录组序列支持的蛋白编码基因,这些毛竹基因均不符合所在基因组区段的毛竹-水稻基因共线性关系,且位于LTR逆转座子内部的基因与存在于染色体其他位置的同源基因在表达模式上有着较大差异。本研究首次尝试从LTR逆转座子的角度探索毛竹基因的进化历程,也为今后的植物基因组研究提供了重要的基础数据。     

茄科植物甲基腐胺氧化酶基因进化路径分析

甲基腐胺氧化酶(MPO)是茄科植物中腐胺衍生的生物碱合成途径中重要基因。前人研究表明,MPO基因由DAO基因进化而来,然而其在植物中的完整进化图景未见报道。本研究在全基因组水平上全面鉴定MPO基因所属的CuAO基因的基础上,通过进化分析,构建了植物的MPO基因进化路径。首先,从已报道的MPO、CuAO及DAO基因中均鉴定得到了三个保守结构域;在此基础上,结合BLAST和HMMER,从6个植物基因组中鉴定得到了35个CuAO家族基因。系统发育分析表明,该家族基因分为4个亚家族。亚家族Ⅰ和Ⅱ均为AO基因;亚家族Ⅲ基因功能还未获鉴定,该亚家族基因在烟草属植物中不存在;亚家族Ⅳ基因仅在菊亚纲中发现,其在茄科中进一步分化成DAO基因和MPO基因。本研究表明,MPO基因的起源最早可追溯到AO基因,而其最近的祖先出现于菊亚纲,最终在茄科植物起源后进化得到具有MPO活性的基因,从而整合入尼古丁等腐胺衍生的生物碱生物合成途径。     

芒果MDS家族基因的鉴定、进化及表达分析

2-C-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸合成酶(MDS)是MEP代谢途径中的关键酶.为了鉴定芒果中的MDS家族基因,探索MDS家族基因的进化、表达模式.本研究采用同源搜索的方法,从13个植物基因组中下载了16个MDS家族基因,对其进行了蛋白结构域、系统发育及在芒果中的表达分析.蛋白结构域分析结果显示,芒果MDS家族...     

鹰嘴豆WOX转录因子基因家族全基因组分析

WOX基因家族是植物中特有的转录因子家族,研究发现该基因家族调控植物生长发育的各个重要环节,本研究将在鹰嘴豆数据库中下载的WOX蛋白序列,利用HUMMER、Smart等软件进行筛选,鉴定出17个WOX基因家族成员,利用信息学方法对这些家族成员的基本信息,包括分子量、蛋白长度、等电点等进行分析,并利用生物信息学软件对鹰嘴豆WOX基因家族进化关系、保守区域、基因结构等进行系统性分析,将鹰嘴豆WOX基因家族分为古代进化支、中间进化支和现代进化支,结构分析表明该家族的全基因组序列是高度保守的,在进化过程中呈多样性。利用荧光PCR技术分析在盐胁迫下,根中WOX基因家族成员在不同时间点的表达情况,发现CarWOX5、CarWOX7和CarWOX11与耐盐胁迫调控密切相关。本研究对鹰嘴豆WOX基因家族进行了全面、系统的生物信息学分析,以期为后续的功能验证研究奠定基础。     

大豆SPL基因家族生物信息学分析

SQUAMOSA启动子结合蛋白样(SPL)转录因子广泛存在于植物中,主要参与植物生长、发育以及多种生理生化过程。为明确大豆SPL基因家族在染色体上的分布、保守结构域、亚族种类、进化关系等,采用生物信息学方法对大豆SPL家族基因进行分析。本研究从大豆基因组数据库中筛选得到43个SPL基因家族成员,系统发育树分析得到5个亚群。保守结构同源性分析发现,SPL基因家族都含有SBP-box的锌指结构和核定位信号。染色体定位发现除14号染色体没有SPL分布外,其他染色体均有不同数量的SPL基因分布。基因加倍、扩张分析表明,大豆SPL基因家族成员之间不存在串联重复,但是存在36对片段重复,表明部分大豆SPL基因可能是由基因重复产生;大豆与拟南芥SPL基因家族之间有29个基因之间存在共线性关系,表明大豆与拟南芥SPL基因家族之间具有较高同源性。本研究对SPL基因家族的进化分析,将有助于理解大豆SPL基因的结构、功能及进化关系,为深入研究大豆SPL基因的功能提供有利的理论依据。     

稻瘟病菌Subtilases家族生物信息学分析及其中一蛋白的分泌性检验

根据已有的研究结果推测稻瘟病菌Subtilases家族基因可能在其致病过程中具有重要的功能,本研究以进化理论为基础,结合一些生物信息学的软件对稻瘟病菌基因组中Subtilases家族基因进行了比较基因组、进化分析及功能域分析,分析了Subtilases家族对稻瘟病菌致病性的重要性,并推测家族中不同基因的结构、功能及参与的生理过程可能的异同之处,以基因MGG_07965.6为例,分析其可能具有的生物学功能,并通过实验的方法证实了其基因表达产物确是分泌蛋白。     

毛竹PheWRKY76基因序列及相关表达分析

WRKY转录因子家族在植物生长发育和非生物胁迫应答中发挥着重要的作用。本研究以毛竹(Phyllostachys edulis)为材料,克隆PheWRKY76基因并进行相关分析,该基因的开放阅读框全长909 bp,编码302个氨基酸,具有典型的WRKY结构域。PheWRKY76在毛竹的根、茎、叶、花和笋中均有表达,并且受到高盐、干旱和低温等胁迫诱导表达。在不同年龄毛竹的叶片中,随着植株年龄的增加,PheWRKY76基因表达量增加,在不同发育程度的叶片中,老叶PheWRKY76基因表达量较新叶中高,推测该基因可能作为调控因子参与了毛竹的非生物胁迫应答和生长发育调控。     

毛竹(Phyllostachys edulis)PheGT8和PheGT16基因的克隆与表达分析

三螺旋转录因子在植物响应非生物胁迫过程中具有潜在的作用。本研究通过对毛竹(Phyllostachys edulis)中2个三螺旋转录因子基因进行生物信息学分析,并对其在不同胁迫条件下的表达水平进行研究,初步解析毛竹三螺旋转录因子基因的功能。本研究克隆得到2个毛竹三螺旋转录因子基因PheGT8和PheGT16,发现这两个基因在低温、干旱、盐胁迫以及脱落酸(abscisic acid,ABA)、吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)、水杨酸(salicylic acid,SA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)处理时,表达均呈现了不同程度的上调或下调,表明这两个基因参与了毛竹应对非生物胁迫的应答过程,具有潜在的调控作用。     

毛竹PeRaf22基因的克隆与表达分析

毛竹是中国重要的林产品之一,具有悠久的栽培历史和重要的经济价值。然而毛竹有性繁殖不频繁,开花会导致其大面积死亡。因此,种子发育对毛竹繁育具有重要意义。但当毛竹种子萌发后暴露在不良环境时,种子的生长发育就会停止。MAPK级联反应是植物响应非生物胁迫的重要信号调控网络,Raf类型的MAP3Ks激酶是种子萌发后发育过程中重要的调控因子。本研究通过生物信息学手段,从毛竹中克隆到一个Raf型MAP3Ks基因PeRaf22。序列分析表明,PeRaf22的CDS长度为1251 bp,编码416个氨基酸,蛋白质分子量为45.98 k D。进化分析和氨基酸序列比对表明,PeRaf22与大麦、野蕉的进化关系最近,并且与水稻、大麦、高粱之间的功能域保守性较高。荧光定量PCR结果表明PeRaf22在毛竹茎秆生长过程中动态表达,并在ABA处理下表达量随时间增加而升高。本研究为进一步探索PeRaf22蛋白激酶在毛竹发育过程中的调控作用提供了科学依据。     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

[目的]REM(Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道.[方法]基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表...     

草莓SBP基因家族生物信息学初步分析

为了研究草莓SBP基因家族的功能,利用多种生物信息学软件,对SBP蛋白序列的系统发生和基因组定位进行分析,对其氨基酸组成成分、理化性质以及二、三级结构进行分析和预测等。结果表明草莓16条SBP蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起分成了3个亚族,说明拟南芥与草莓SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位发现16个SBP基因分布在6条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异,而它们的二级结构主要以随机卷曲为主,三级结构相似。SBP基因家族在植物的生长、发育等多个方面起重要作用,本实验结果为草莓SBP基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。     

陆地棉漆酶基因家族鉴定及在黄萎病菌胁迫下的表达分析

黄萎病是降低棉花产量和品质较为严重的维管束病害。棉花在抵抗病原菌的过程中,抗病基因起着尤为重要的作用。漆酶是一种多功能氧化酶,在植物木质素合成和提高植株抗逆性等方面发挥着重要作用。高质量版本的基因组是提升基因家族分析准确性的必要条件。本研究以目前最新的陆地棉TM-1高质量版本基因组为参考,通过生物信息学分析鉴定了陆地棉基因组中的Laccase(GhirLAC)基因家族,并对其进行了理化性质、基因结构、染色体定位以及在黄萎病胁迫下的表达模式分析。结果表明,陆地棉TM-1基因组中共包含83个GhirLAC家族成员,分布在24条染色体上,所有GhirLAC蛋白均定位在胞外,且具有相同/相似的保守基序。系统发育树分析显示,GhirLAC基因家族成员可分为7个亚组。结合黄萎病胁迫下棉花转录组数据,将GhirLAC基因家族各成员的表达分为3种模式,其中第1类和第2类GhirLAC基因在黄萎病菌胁迫下分别呈现有规律的表达量升高和降低,推测这些基因在棉花抗黄萎病反应中发挥重要功能。荧光定量PCR结果表明,GhirLAC02(GhLAC4)、GhirLAC38(GhLAC11)和GhirLAC20(GhLAC12)3个候选基因均受黄萎病菌诱导表达,其表达趋势与转录组数据相吻合。本研究为以后深入解析棉花GhirLAC基因的抗病功能及分子机制奠定基础。     

棉花WOX转录因子家族基因的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于棉花花器官或纤维发育研究的候选基因,基于已发布的陆地棉全基因组数据,利用生物信息学的分析方法鉴定了陆地棉WOX(WUSCHEL-related homeobox,WOX)转录因子基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白理化性质、蛋白结构、多重序列比对、系统进化树和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明,鉴定到37个陆地棉WOX转录因子家族基因,命名为GhWOX1~GhWOX37。亚基因组定位结果显示,37个陆地棉WOX转录因子家族基因分布在除了A04、A06、A09、D04、D06和D09号亚基因组以外的20个亚基因组,A亚组比D亚组多1个GhWOX转录因子家族基因。多重序列比对分析棉花WOX转录因子家族成员均具有高度保守的同源异型结构域;系统进化树分析发现棉花WOX转录因子家族可以分为3个亚家族(Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类),各亚类分别含有23,7,7个GhWOX转录因子家族基因成员。对NCBI中陆地棉的EST数据库比对分析,有11个GhWOX转录因子家族成员没有可匹配的EST序列,其他26个GhWOX转录因子家族成员在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维和种子等组织和器官中广泛表达。为深入研究棉花和其他植物中WOX家族的鉴定和功能研究奠定了基础。     

甜菜应答盐胁迫PUB基因的生物信息学分析

旨在为研究甜菜U-box型E3泛素连接酶提供理论基础。以甜菜T710-Mu品系为试验材料,前期通过转录组数据获得在盐胁迫下差异表达的甜菜PUB基因(plant U-box gene),利用生物信息学的方法对这些PUB基因进行分析,主要包括理化性质分析、染色体定位分析、基因序列分析、结构域分析、家族分类分析以及互作蛋白预测。结果显示甜菜PUB基因在甜菜9条染色体上均有定位,并且包含PUB蛋白具有的多个保守结构域,如U-box,Pkinase、Pkinase-Tyr、Usp、Arm以及KAP结构域,以拟南芥U-box家族分类为依据发现甜菜U-box多位于ClassⅡ、ClassⅢ、ClassⅣ中,甜菜PUB蛋白可作为E3泛素连接酶与多种功能蛋白相互作用,实现泛素化修饰。植物PUB蛋白具有E3泛素连接酶活性,在植物生长发育过程以及抵抗环境压力中起到重要作用。     

藜麦DAPB基因丰度及生物信息学分析

二氢砒啶二羧酸还原酶(DAPB)是赖氨酸合成途径中的一个重要酶,在蛋白质和细胞壁的合成中起着重要作用。本研究基于KEGG总数据库分析表明,藜麦中DAPB的基因拷贝数远高于水稻、玉米及大豆等作物。对藜麦基因组数据筛选得到4个DAPB基因成员,均属于碱性蛋白质,氨基酸序列长度约330 bp,分子量为36.623~36.880 k D,等电点(p I)为5.79~6.01,最大疏水系数为0.028~0.123,为疏水性蛋白,亚细胞定位于细胞质中,不存在跨膜区。4个DAPB基因之间的Ka/Ks值均小于0.5,表明该基因在进化过程中比较保守。系统进化分析发现,藜麦DAPB家族成员位于同一个亚家族,且与菠菜的亲缘关系较近。启动子顺式作用元件分析结果显示,DAPB家族除含有TATA-box和CAAT-box以外,还含有多个参与激素响应、光照、低温及其它应激反应相关的顺式作用元件和转录因子结合位点,暗示藜麦DAPB家族成员可能参与以上多种响应。本研究分析了藜麦DAPB基因的拷贝数并对DAPB进行了生物信息学分析,可为进一步了解DAPB基因家族的生物学功能提供参考。     

亚洲棉bZIP蛋白家族的鉴定及GaFDs基因的组织表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是真核生物中数量最多并且最具多样性的转录因子之一,参与植物生长发育及响应生物和非生物胁迫。本研究利用亚洲棉(Gossypium arboreum)全基因组数据库,通过生物信息学分析分布在13条染色体上的159个bZIPs家族基因的全序列。系统进化、基因结构和保守基序分析表明这些基因分成13个亚家族。其中,A亚家族有3个GaFD基因GaFD1、GaFD2和GaFD3,通过实时荧光定量PCR分析3个GaFDs基因在不同组织中的表达,结果表明GaFD1和GaFD2在SAM中的表达量最高,GaFD3在茎中表达量最高。研究表明棉花基因组中具有数量众多的bZIP家族成员,不同基因结构及FD基因不同的表达特征表明bZIP基因在棉花生长发育中可能具有不同的功能,这些结果为进一步解析棉花bZIP家族基因的功能和作用机理积累了有价值的资料。