石榴NAC转录因子家族的生物信息学分析

NAC (NAM-ATAF1/2-CUC2)是植物特有的转录因子大家族之一,其参与植物叶片的衰老、花的形成、种子的发育、根的发育、次生细胞壁的合成、激素的信号转导、果实的成熟及着色等生长发育过程。本研究基于石榴基因组数据库,从中鉴定了73个NAC基因;运用生物信息学方法分析NAC基因家族的蛋白理化性质、基因结构、保守结构域、进化和基因表达。结果表明,NAC基因可分为9个亚族。基于不同组织器官的转录组数据,分析了Pg NAC基因的表达模式,发现Pg NAC30有可能在石榴根系的发育中起重要作用;Pg NAC3和Pg NAC13有可能参与调控石榴种子大小,Pg NAC32有可能调控石榴果实成熟发育,Pg NAC49参与调控石榴种子木质素的生物合成。该研究结果为石榴NAC家族基因功能研究,探索NAC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。     

毛果杨YABBY基因家族生物信息学分析

YABBY基因家族是仅存在于植物中的一类含有C₂C₂锌指结构域和YABBY结构域的转录调控因子,与植物的形态发育有关,在植物的茎、叶和花等器官的生长发育过程中起到重要的调控作用。本研究通过对毛果杨(Populus trichocarpa) YABBY基因家族生物信息学分析,共筛选出12个YABBY家族成员,分别位于第1、2、3、6、8、9、10、14、16和18号染色体。这些成员结构域保守,且具有低亲水性的特点。通过亚细胞定位预测,所有成员都定位在细胞核中。基因组织表达分析表明,毛果杨YABBY家族成员在不同组织中的表达有明显不同,在雌花、雄花和芽中表达量较高。     

荷花YABBY家族的全基因组和转录组分析

YABBY基因家族是种子植物特有的转录因子,在植物生长发育过程中起着重要的调控作用。为探究荷花YABBY基因家族的成员和作用,本研究对荷花YABBY基因家族进行了全基因组分析,鉴定到9个YABBY基因,共18个转录本,编码18个蛋白序列。根据系统进化树将其分类为5个亚族,均含有YABBY结构域和C2C2锌指结构域;共线性分析鉴定出4对共线基因。荷花YABBY基因含有顺式作用元件数量多少依次为光响应、激素诱导、逆境胁迫和植物生长发育,仅有NnYABBY3含有胚乳表达相关元件,推测其与莲子的发育有关。进一步对荷花花瓣、瓣化及非瓣化的雄蕊和心皮、荷叶、莲壳等组织的转录组数据分析发现,NnYABBY5、NnYABBY6和NnYABBY9 3个基因在心皮中特异性表达;NnYABBY3和NnYABBY9在幼嫩叶片中高表达,在成熟叶片中不表达;NnYABBY8在非瓣化雄蕊和非瓣化心皮不表达,而在花瓣、瓣化雄蕊和瓣化心皮中均有表达,推测NnYABBY8可能与雄蕊和心皮瓣化有关;NnYABBY3在心皮和莲壳中的表达量显著高于其他组织,推测NnYABBY3与莲子的发育有关。这些结果表明荷花YABBY基因具...     

水稻YABBY家族的全基因组鉴定与表达分析

YABBY转录因子家族广泛参与植物的生长发育,但在单子叶植物的作用机理有待进一步研究。本研究利用生物信息学方法系统分析了水稻YABBY家族成员。保守性分析表明,水稻基因组中共有8个YABBY成员,不均匀地分布在2、3、7、10和12染色体上,成员之间相对保守,分为四个亚族。进化分析表明,片段复制或全基因组复制是YABBY基因在进化过程中的主要扩张方式,且YABBY家族的分化可能晚于单双子叶植物的分化。启动子和表达分析表明,水稻YABBY家族成员可能在水稻的花器官的发育、多中激素的响应中具有重要的作用。本研究为水稻YABBY基因的功能鉴定提供了理论支持和参考依据。     

紫花苜蓿(Medicago sativa)YABBY基因家族的生物信息学分析及其对逆境胁迫的响应

YABBY转录因子家族是植物特有转录因子,与植物形态有关,在植物响应胁迫方面也有重要的调控作用。为了研究YABBY基因家族在苜蓿抗逆性中的作用,本研究利用生物信息学对苜蓿的YABBY转录因子家族成员、分布及结构等进行分析。对苜蓿、大豆、水稻和拟南芥进行系统进化树的分析,表明该家族基因在植物中具有同源性。理化性质和结构分析表明,苜蓿中YABBY基因主要分布在第2、4、5条染色体上,苜蓿YABBY家族基因中包含5个保守结构域,其蛋白质主要以无规则卷曲的形式构成,α-螺旋、β-折叠和β-转角含量较少,启动子序列分析发现该家族存在ABRE顺式反应元件,能够响应盐胁迫及ABA(Ascisic acid)胁迫,通过基因表达模式分析,发现MsYABBY2基因响应盐、碱、干旱等逆境胁迫,推测其在抗逆境胁迫中起到关键调节作用。本研究为后续研究MsYABBY基因的抗逆机制及调控机理提供了理论基础。     

黑果枸杞bHLH转录因子家族的生物信息学分析

植物转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的作用。BHLH转录因子是植物转录因子中最大的家族之一,不仅影响植物生长发育、胁迫响应,还参与调控信号转导和激素合成。为了丰富bHLH家族在不同物种中的系统研究,本研究通过对枸杞属植物黑果枸杞的bHLH家族进行全面分析和鉴定,结果表明,通过对注释得到的132个非冗余的黑果枸杞bHLH基因家族成员进行亚细胞定位预测,发现81个b HLH转录因子定位于细胞核中,48个定位于细胞外。黑果枸杞bHLH蛋白含2个保守结构域,碱性区含有高度保守序列His5-Glu9-Arg13,与靶DNA结合相关;螺旋区内Arg-25和Arg-55完全保守,参与二聚体形成。黑果枸杞bHLH蛋白结构域有多个氨基酸位点保守性较高,其中98个bHLH蛋白具有E-box结合功能,19个出现频率高于50%的保守位点,属于bHLH典型结构域序列特征。黑果枸杞bHLH家族含有3种保守基序,黑果枸杞bHLH基因全部成员可分为22个亚族。随着黑果枸杞果实的发育,bHLH家族基因的表达存在差异,有48个bHLH转录因子基因随果实的发育成熟呈现出表达量上调,共有41个bHLH转录因子基因随果实的发育成熟表达下调。     

SPL调控因子在植物生长调控的研究进展

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,它参与了植物叶、花、果实的发育、发育阶段转变、花青素的合成以及胁迫应答等调控过程。SPL转录因子家族成员均含有高度保守的SBP结构域,可以特异性结合所调控基因启动子的顺式作用元件,还可与其它调控蛋白相互作用,共同调控相关基因的表达。另外,SPL在转录后水平还受miRNA156/miRNA157的负调控。本研究从SPL调控因子在植物形态建成、次生代谢、生理胁迫中的表达调控研究进展方面进行综述。     

植物Dof转录因子的结构特点及功能研究进展

Dof(DNA binding with one finger)蛋白是植物中特有的转录因子,其N-末端具含保守锌指结构的Dof结构域,能够识别AAAG序列;Dof转录因子能够发挥多种功能,主要是由于其具有多变的C-末端,它是Dof蛋白的特异转录调控结构域。在植物中,Dof转录因子的功能主要与维管发育、叶片极性、保卫细胞特异基因的调控、碳氮代谢、种子发育和萌发、光响应及光周期调控的开花和花粉发育、次生代谢物合成、防御反应、生长素响应等生理过程有关。将这些进程归纳为组织分化、种子发育和代谢调节三个方面,通过对植物Dof转录因子的结构特点及功能进行分析,为Dof转录因子的深入研究提供参考。     

野生二粒小麦YABBY转录因子家族的鉴定与表达分析

YABBY基因是植物所特有的一类转录因子家族,在植物器官形成、生长发育、信号转导以及胁迫响应等生物学过程发挥着重要调控作用。野生二粒小麦(Triticum dicoccoides)作为普通小麦的四倍体祖先种,一直是小麦遗传改良的重要种质和基因库,但目前有关野生二粒小麦的YABBY基因还未见报道。为了挖掘野生二粒小麦的YABBY基因,本研究利用生物信息学方法对野生二粒小麦YABBY转录因子家族进行了全基因组鉴定和分析,结果在野生二粒小麦基因组中共鉴定到了12个YABBY基因,归属于6个同源基因对且位于5个同源染色体组上。系统进化分析将它们分成YAB1/3、YAB5和CRC 3个亚家族,而且同一亚家族成员间具有相似的结构特征。基于RNA-seq数据的表达特性分析发现,YABBY在野生二粒小麦不同组织中具有特异性表达;同时,还鉴定发现了3个YAB5亚族成员在盐胁迫下发生了差异表达,进一步的qPCR分析验证了它们的表达特性,表明它们可能是盐胁迫响应相关的YABBY转录因子。     

植物Trihelix转录因子响应非生物胁迫的研究进展

Trihelix转录因子家族因其特有的三螺旋结构域(螺旋-环-螺旋-环-螺旋)而命名,该结构域高度保守,能与GT元件特异性地结合,因此该家族又被称为GT因子家族。Trihelix转录因子家族分为GT-1、GT-2、GTγ、SH4和SIP1等5个亚家族。前期研究表明Trihelix转录因子不仅调控光应答基因的表达,还参与植物生长发育的各个过程,同时受高盐、干旱、冷害和病害的强烈诱导,广泛参与植物对生物和非生物胁迫的应答反应。Trihelix转录因子通过与其他基因互作等方式调控下游靶基因的表达,从而响应生物和非生物胁迫。本综述对植物Trihelix转录因子的结构特征及生物学功能进行介绍,详细阐述Trihelix转录因子在草本和木本植物中响应非生物胁迫的最新研究进展,为深入探究Trihelix转录因子响应非生物胁迫的分子机制提供理论基础。     

甜荞FaesFUL4基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆的方法,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench.)品种‘北早生’中分离出调控果实发育的FaesFUL4基因,该基因的cDNA序列全长795 bp,包含一个长为714 bp完整的开放阅读框,共编码237个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析和同源蛋白比对结果显示:FaesFUL4蛋白属于A类MADS-box基因家族AP1/SQUA亚家族的euFUL进化系,含有MADS、I、K和C末端四个明显的结构域,且C末端转录激活区含有2个保守的模体(Motif):FUL motif和paleoAP1 motif。基因表达的组织特异性分析表明:FaesFUL4基因主要在甜荞叶片、花序和果实中表达,在根和茎中有微量表达,其在花序中的相对表达量最高。进一步分析基因在果实不同发育时期的表达量发现,其在果实迅速膨大期表达量最高。因此推测该基因不但参与调控花器官的发育过程,且对于维持果实的正常发育具有重要作用。     

植物种子发育相关NAC家族转录因子研究进展

种子的发育和营养物质积累过程依赖于大量基因的表达和调控,研究这些基因的表达调控规律有助于了解种子发育过程中各种营养物质积累的分子机制.植物特有的NAC转录因子参与种子发育过程的调控,本文综述了NAC家族转录因子的系统发育关系,并对在种子发育过程中起调控作用的NAC家族转录因子的研究进行了总结归纳.     

1个新棉花bHLH类基因GhbHLH130的克隆及表达分析

近年来,已发现碱性/螺旋-环-螺旋(basic/Helix-Loop-Helix,bHLH)类转录因子家族在植物的生长发育调控中发挥重要作用。本研究通过电子克隆方法得到1个新的棉花bHLH类转录因子基因的全长序列,利用反转录-PCR技术从陆地棉中分离出1个bHLH类转录因子基因,并命名为GhbHLH130。该基因包含1个552 bp的开放阅读框,编码184个氨基酸残基。序列分析表明GhbHLH130蛋白包含1个螺旋-环-螺旋(Helix-Loop-Helix)保守结构域,属于bHLH转录因子家族。实时荧光定量分析结果表明GhbHLH130基因的表达受干旱、高盐、低温以及外源脱落酸的显著诱导。亚细胞定位结果表明GhbHLH130基因在细胞核内表达。本研究结果表明GhbHLH130基因可能作为调控基因参与棉花的逆境应答响应过程。     

枸杞LbMYB12基因的克隆及表达特性分析

类黄酮是植物中一类重要的次生代谢产物,枸杞黄酮以其强抗氧化作用以及对心脑血管疾病的抑制和改善功能而广为人知。MYB转录因子参与类黄酮代谢过程的调控。本研究采用RACE技术克隆了枸杞LbMYB12基因全长cDNA序列。生物信息学分析表明,LbMYB12基因的完整开放阅读框(ORF)长930 bp,具有MYB蛋白家族保守结构域,蛋白质相对分子量为35.56 kD,等电点为5.05,其二级结构主要为α-螺旋。荧光定量PCR分析表明,LbMYB12基因在枸杞整个植株中均有表达。其中,在根中的表达量最低,在青果中的表达量最高。LbMYB12基因在果实不同发育时期的表达分析表明,开花后早期表达量显著高于成熟期果实。本研究为进一步探讨枸杞LbMYB12转录因子在类黄酮代谢中的作用提供了研究基础。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

小麦TaYAB2基因的过量表达造成转基因拟南芥叶片近轴面特征趋向远轴面

叶片极性的建立在叶片形态建成过程中有重要作用。探讨小麦叶片发育的调控机制不仅可以丰富植株形态建成的基础知识, 也可以为小麦株型的设计提供理论依据。本研究从小麦中分离出一个YABBY基因家族成员TaYAB2, 对其序列特征、表达模式及功能进行了分析。该基因编码的蛋白在N端含有C₂C₂锌指结构域, C端含有YABBY结构域, 与拟南芥中AtYAB2和水稻中OsYAB2同源关系较近。RT-PCR结果显示, 该基因在大部分组织器官中广泛表达。进一步的原位杂交分析证实TaYAB2基因的转录产物在小麦苗端、幼叶、侧芽、幼穗等组织器官中高水平积累。在拟南芥中过量表达该基因能够引起转基因拟南芥叶片近轴面特征趋向远轴面。与对照相比, 转基因植株中远轴面特征决定基因FIL/YAB1、YAB3、KAN1的表达均呈不同程度的上调, 表明TaYAB2基因可能通过调节远轴面特征决定基因FIL/YAB1、YAB3、KAN1等调控叶片近-远轴极性。本研究结果有助于揭示YABBY类基因在小麦侧生器官近-远轴极性建立中的分子机制。     

卵形家族蛋白对植物生长发育的调控作用

卵形家族蛋白(ovate family proteins, OFPs)是仅存在于植物且具有保守OVATE结构域的一类转录抑制因子。Ovate最早在番茄中克隆并定位于2号染色体上。GTA496-TTA493的单核苷酸突变使得终止密码子提早出现而导致果实由圆形变为梨形。后来在拟南芥、水稻、辣椒、香蕉等植物中陆续开展了其功能研究。发现它是通过直接调控靶基因的表达或者与其它转录因子的相互作用来调控植物生长发育过程的。本文综述了其对果实形状、果实成熟及品质形成、胚珠发育、维管束发育、次生细胞壁的形成等方面的研究进展及可能的调控作用机制,以期为采用生物技术手段利用该蛋白调控植物生长发育提供理论依据。     

植物生长素响应因子ARF研究进展

生长素响应因子(Auxin response factor,ARF)属于一类转录因子,一般包含3个结构域,能够与生长素响应元件结合,促进或抑制基因的表达.笔者详细阐述了包括木本植物在内的ARF基因分子结构、时空表达、分子功能及调控机理,发现ARF5-8、ARF19等转录激活子在胚模式建成、维管组织形成、花发育、向光性等过程中起重要作用,而其余转录抑制子主要在衰老、种子大小、侧生器官背腹性以及根的向重力性等过程中起重要作用.ARF基因受光照、激素与环境条件变化调控其转录水平表达后,通过内源小分子RNA等实现转录后水平的调节,最终达到调控植物生长发育的目的.     

向日葵PMADS2 LIKE基因的克隆及表达分析

MADS-box家族基因是调控花发育进程的关键转录因子。在向日葵中大量的花发育相关基因有待于发掘和鉴定。本研究以向日葵(Helianthus annuus)为材料克隆到了一个MADS-box新成员PMADS2 LIKE。序列分析结果显示该基因具有MADS-box家族典型的MIKC保守结构域;系统发育树分析发现该基因与拟南芥PI基因亲缘关系最近;q RT-PCR组织表达模式分析该基因仅在花和果实中表达,且在6个花器官中仅在雄蕊和花瓣表达;q RT-PCR定量分析表示该基因从开花前25 d一直表达到开花期,并且在开花前5 d表达量最高。研究结果表明,PMADS2 LIKE基因在花发育和果实发育中具有一定的生物学功能。本研究的结果和推论为进一步探究向日葵PMADS2 LIKE基因在花发育和果实发育中的生物学功能提供前期数据基础,为理清MADS-box基因在向日葵花发育中的调控网络提供线索。