番茄WRKY基因家族的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对番茄WRKY转录因子家族成员、理化性质、基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测。从番茄WRKY转录因子家族分类及进化结果显示,番茄Sl WRKY家族包含81个成员,按其WRKY结构域及锌指结构分为3族,第二族按其氨基酸顺序又可以分为5个亚族。染色体定位结果显示,除番茄的11号染色体没有WRKY转录因子,其他染色体上均有分布。基因结构分析表明,仅Sl WRKY19、Sl WRKY20家族成员不含内含子,其他成员都含有2~5个内含子。保守域分析表明,番茄WRKY结构域是高度保守的,仅有10个WRKYGQK发生了变异,占WRKY家族的10%。     

巴西橡胶树WRKY转录因子基因HbWRKY41的克隆与表达分析

为阐明巴西橡胶树WRKY转录因子基因Hb WRKY41的分子特征及表达特性,利用RT-PCR方法从巴西橡胶树中克隆了该基因。Hb WRKY41开放阅读框1 020 bp,编码339个氨基酸,预测蛋白分子量为38.48 k Da,理论等电点为5.52。Hb WRKY41含有1个WRKY保守结构域和1个C_2HC型锌指结构,与蓖麻、棉花、大豆及拟南芥WRKY41蛋白聚为一类,属于Ⅲ类WRKY转录因子家族成员。实时荧光定量PCR检测结果表明,Hb WRKY41在巴西橡胶树根、树皮、胶乳、叶和花等组织中均有表达,以在衰老叶片中的表达最高,而在胶乳和树皮中的表达相对较低。干旱、低温及高盐胁迫均可上调Hb WRKY41的表达,其中以低温或盐胁迫下Hb WRKY41的表达持续升高。Hb WRKY41可能在巴西橡胶树叶片衰老和非生物胁迫应答中起着重要调控作用。     

桑树PHR家族基因的鉴定及生物信息学分析

磷是植物生长发育的主要矿质营养元素之一,磷饥饿响应(phosphate starvation response, PHR)基因在调节植物磷素吸收中起着重要作用。鉴定桑树磷饥饿响应转录因子家族成员,分析其生物信息学特征,为桑树PHR家族基因的功能研究提供基础。从桑树基因组数据库中获得桑树PHR转录因子序列,利用GSDS、ExPASy、MEGA、MEME、psRNATarget、STRING等软件和网上转录组数据,对桑树PHR家族成员的基因结构、蛋白理化性质、保守基序、系统进化、基因组织表达、调控miRNA和蛋白互作网络进行分析。从桑树基因组中共鉴定出12个PHR基因家族成员,氨基酸数介于256～1 529之间,83.3%的成员属于酸性蛋白,所有成员均为亲水性蛋白。进化分析显示,MnPHR转录因子归为9个聚类组,各聚类组含有1～2个MnPHR成员。外显子数为6、7、8、19的MnPHR编码基因成员分别有7个、3个、1个、1个,同一聚类组中的基因结构类似。发现4个保守性较强的基序,所有MnPHR转录因子均含有基序1～4,聚类组Ⅰ～Ⅳ的MnPHR转录因子缺少基序6。基因组织表达分析发现10个桑树PHR基因在不同组织中有表达,且存在组织特异性,部分基因转录可能受miRNA的调控。MnPHR1的蛋白互作网络分析发现,其主要参与了纤维素合成和转录因子表达调控等生物学过程。桑树PHR家族基因结构和氨基酸序列具有较强的保守性,其组织表达和蛋白互作网络结果表明该家族基因在植物的生长发育和营养吸收过程中发挥作用。本研究结果为深入开展桑树磷吸收和转运相关基因的克隆和功能验证提供了基础。     

白芨转录因子基因BsWRKY14的克隆与分子特性分析

WRKY转录因子在调节植物生长发育、抵抗生物和非生物胁迫响应中发挥重要作用,分析WRKY家族成员的基因序列信息,为进一步研究基因功能提供前期研究基础。基于白芨转录组数据,对Bs WRKY14基因进行克隆;利用生物信息学方法对BsWRKY14蛋白的理化特征、保守结构域和亚细胞定位等特性进行分析,用DNAMAN和MEGA 6.0进行氨基酸多序列比对和进化关系分析。结果表明Bs WRKY14基因包含1个1 179 bp的开放阅读框,编码392个氨基酸,预测是定位在细胞核中的不稳定亲水性蛋白,无跨膜结构域,BsWRKY14蛋白包含一个WRKY基因保守结构域和一个C2H2锌指结构域,属于WRKY基因家族的第Ⅱ类成员;Bs WRKY14与铁皮石斛WRKY蛋白亲缘关系最近。白芨Bs WRKY14基因的克隆与分子特性分析为深入研究BsWRKY14基因在调节白芨生长发育和逆境胁迫响应中的作用提供数据支持。     

猕猴桃WRKY转录因子家族全基因组鉴定与分析

本研究旨在鉴定猕猴桃WRKY基因家族成员,为进一步研究Ac WRKY转录因子在猕猴桃生长和发育进程及生物和非生物胁迫中的调控作用提供信息。利用‘红阳’猕猴桃全基因组数据,通过生物信息学在线分析网站与软件利用的方法,对猕猴桃WRKY转录因子家族成员进行鉴定和系统分析。分析表明:从猕猴桃全基因组中共鉴定出89个Ac WRKY基因,分组鉴定和进化分析显示,Ac WRKY蛋白可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ个类型。Ⅰ组共有19个成员,其锌指结构是CX_4CX_(22-23)HXH(C_2H_2类型);Ⅱ组共有61个成员,进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe共5个亚组,分别有4、7、27、11和12个成员,其锌指结构为CX_(4-5)CX_(23)HXH(C_2H_2类型);Ⅲ组有9个成员,其锌指结为CX_7CX_(23-24)HXC(C_2HC类型);Ac WRKY蛋白序列比对及保守基序分析表明,Ac WRKY结构域高度保守,但也存在一定的变异。染色体定位表明Ac WRKY基因不均匀分布于除9号染色体外的28条染色体上,有11个WRKY基因无法定位到染色体上,同时发现部分基因存在串联复制现象。同源拟南芥不同组织的基因表达模式分析表明,33个WRKY基因在植物根、叶、花和果四个器官中均有显著性表达,但相对表达水平存在差异。猕猴桃WRKY基因家族具有丰富的生物学功能,与其它已报道的物种WRKY基因相似,广泛参与植物营养和生殖生长以及环境胁迫等多方面的调控。     

茶树WRKY基因家族特征及生物胁迫相关成员的生信分析

WRKY作为重要的植物转录因子,参与植物发育、代谢以及对生物和非生物胁迫的响应。然而,目前对生物胁迫下茶树中大多数WRKY成员的作用仍知之甚少。本研究利用生物信息学方法分别在茶树中国种和阿萨姆种的基因组中确定77和61个WRKY成员。根据结构域序列,中国种CssWRKY和阿萨姆种CsaWRKY家族成员均分为三组,第一组各有14和12个成员,第二组各有49和45个成员,第三组分别是14和4个成员。对基因结构、基序和表达特征的分析表明,两个茶树种的WRKY成员在内含子分布和基序组成上有极大的相似性,且在不同生物胁迫下的表达特征均表现较大差别。进一步预测WRKY的互作蛋白和靶标基因,结果表明生物胁迫下WRKY的互作蛋白参与“植物型过敏反应”和“茉莉酸介导的信号途径调控”等生物过程,靶标基因是防御反应或特定代谢途径中的重要分子。这些结果将为研究茶树WRKY在生物胁迫适应中的功能提供线索。     

小兰屿蝴蝶兰WRKY基因家族鉴定与生物信息学分析

WRKY转录因子家族参与高等植物生理过程,并在保护植物免受非生物胁迫方面起到至关重要的作用。本研究基于小兰屿蝴蝶兰(Phalaenopsis equestris)基因组数据库对小兰屿蝴蝶兰进行WRKY基因家族成员鉴定、进化关系、保守motif分析、基因结构、功能启动子元件和基因表达分析。结果表明,共鉴定出57个WRKY家族基因,分为GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ,分别有12、37和8个成员,GroupⅡ可进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe亚组。小兰屿蝴蝶兰WRKY基因家族成员氨基酸数量长度为76～565 aa,平均长度为270 aa,等电点为4.12～10.75。保守motif分析表明,各组成员的保守基序基本一致,但有6个PeWRKY的WRKYGQK结构域发生了变异,占小兰屿蝴蝶兰WRKY家族基因的10.5%。基因结构分析表明,PeWRKY家族基因包含1～6个内含子和2～7个外显子。功能启动子元件分析表明,在PeWRKY家族基因的启动子区域发现了大量与胁迫响应或植物激素相关的顺式作用元件。基因表达分析表明,55个PeWRKY至少在一个组织中表达。本研究利用生物信息学分析手...     

向日葵WRKY转录因子家族鉴定与生物信息学分析

WRKY转录因子家族参与了多种激素调节信号通路,在帮助植物响应外界不良环境中起着重要作用。本研究基于向日葵(Helianthus annuus)基因组数据库对向日葵进行了WRKY基因家族成员鉴定、进化关系分析、基因定位、基因结构和保守Motif分析、功能启动子元件和基因共线性分析。结果表明:向日葵中包含117个WRKY家族基因,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,其中Ⅱ类包含Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe五个亚家族。染色体定位显示HaWRKY基因在向日葵所有染色体上均有分布,第10号染色体上分布最多含有18个HaWRKY基因,2号和13号染色体分布最少仅有3个HaWRKY基因。向日葵WRKY转录因子蛋白在59～940个氨基酸之间,平均氨基酸个数为345个,等电点为5.01～10.19不等。基因结构分析表明除Ha WRKY52、HaWRKY82不含内含子,其他成员都含有1～9个不等的内含子。保守域分析表明有12个HaWRKY家族基因WRKYGQK发生了变异,占向日葵WRKY家族的10%。此外,启动子分析表明HaWRKY家族基因启动子区含有大量响应生物胁迫和非生物胁迫元件,共线性分析得到11对加倍复制基因。本研究结果有助于了解向日葵WRKY基因家族成员的情况,为向日葵WRKY基因家族成员进一步的功能分析提供基础。     

高粱WRKY家族成员鉴定及生物信息学分析

WRKY转录因子是调控植物生长发育的重要转录因子,本研究利用高粱基因组数据库(v3.1.1),通过生物信息学分析鉴定出97个高粱WRKY基因家族成员,其CDS序列长度为423～4 965 bp,编码氨基酸长度为141～1 655 aa。染色体定位发现97个基因不均匀地分布于10条染色体上,其中3号染色体上数目最多,有23个WRKY基因,6号染色体最少,只有5个WRKY基因。根据WRKY保守结构域和锌指结构的特点对97个转录因子进行分类,可将它们分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三大类,分别有11个、70个和16个成员。另外对WRKY蛋白保守基序分析发现WRKY结构域有3个保守基序组成,各组成员的保守基序基本一致。部分蛋白的WRKY保守域和锌指结构具有多样性,分析发现部分高粱WRKY蛋白的WRKYGQK结构域中‘Q’突变为‘E’、‘S’和‘K’。系统进化关系显示高粱Ⅱ、Ⅲ类WRKY转录因子类聚在Ⅰ的下级分支上,表示Ⅱ和Ⅲ类可能是由Ⅰ类进化而来的。     

小麦白粉病菌诱导的TaWRKY34基因的鉴定与分析

WRKY转录因子在植物抗病防卫反应中发挥重要作用。利用cDNA宏阵列(macroarray)和RT-PCR相结合的方法,从小麦全长cDNA文库的WRKY转录因子中筛选出一个应答小麦白粉病菌胁迫的TaWRKY34转录因子,该基因编码464个氨基酸。染色体定位分析表明,该转录因子位于小麦第一同源群染色体的短臂上,并且只在细胞核中表达。其蛋白序列与拟南芥、大麦和葡萄抗病相关WRKY转录因子的亲缘关系较近,与其中的3个WRKY基因具有相似的表达模式。TaWRKY34在Pm16/北京8377抗白粉病近等基因系中,对小麦白粉病菌、水杨酸和茉莉酸诱导的表达模式存在差异。TaWRKY34可能与小麦对白粉菌的抗性有关。     

Barley Isolines with Genes for Resistance to Erysiphe graminis f. sp. hordei in the Recurrent Parent 'Siri'

A group of 17 spring barley isolines with genes for race specific resistance to barley powdery mildew were developed by backcrossing using the cultivar ‘Siri’ as the recurrent parent. A test with 22 isolates of powdery mildew showed that each of the 17 isolines had the same reaction as its donor parent, and that 17 different resistance genes or gene combinations are present among the lines- The isolines are very similar to ‘Siri’ in morphology and agronomic performance.     

Multigene Families of Powdery Mildew Resistance Genes in Locus Mla on Barley Chromosome 5

A review of data on powdery mildew resistance genes in the Mla locus of barley reveals that there are at least 12 clusters of genes present, each comprising one Mla gene and one or more closely linked, additional resistance genes. Tentative designations are listed for 16 additional resistance genes. Many sources of powdery mildew resistance in barley appear to harbour multigene families in the Mla region, not single ‘superior’genes.     

Identification of a novel recessive gene for resistance to powdery mildew (Blumeria graminis f. sp. hordei) in barley (Hordeum vulgare)

One of the most important diseases of barley (Hordeum vulgare) is powdery mildew, caused by Blumeria graminis f. sp. hordei. Spring barley line 173-1-2 was selected from a Moroccan landrace and revealed broad-spectrum resistance to powdery mildew. The objective of this study was to map and characterize the gene for seedling powdery mildew resistance in this line. After crossing with the susceptible cultivar ‘Manchuria’, genetic analysis of F₂ and F₃ families at the seedling stage revealed powdery mildew resistance in line 173-1-2 conditioned by a single recessive gene. Molecular analysis of non-segregating homozygous resistant and homozygous susceptible F₂ plants conducted on the DArTseq platform (Diversity Arrays Technology Pty Ltd) identified significant markers which were converted to allele-specific PCR markers and tested among 94 F₂ individuals. The new resistance gene was mapped on the long arm of chromosome 6H. No other powdery mildew recessive resistance gene has been located on 6H so far. Therefore, we concluded that the 173-1-2 barley line carries a novel recessive resistance gene designated as mlmr.     

Resistance to powdery mildew in selections from Tunisian landraces of barley

Two-hundred and thirty-two accessions of barley landraces collected from Tunisia were screened for resistance to powdery mildew. A number of race-specific genes were detected using the detached leaf technique. Among the 232 accessions tested, 169 were susceptible to powdery mildew, 20 were resistant and 43 showed differential reactions to the three isolates of powdery mildew used. An attempt was made to determine the number of genes, the types of gene, the types of gene action and the gene loci in 20 resistant accessions. Three types of cross were made: (1) the accessions were crossed to the susceptible variety ‘Pallas’, (2) the accessions were crossed with ‘Pallas’ isolines, and (2) accessions with identical powdery mildew reaction patterns were intercrossed. Three isolates of Erysiphe graminis f. sp. hordei were used: Bzm-1, KM 18-75, R13C. A number of different resistance genes were detected among the 19 resistant accessions. Surprisingly, segregation indicating single genes only were detected with the isolates used. Some of these genes could be associated with loci already known. In 19 cases a dominant and in one a recessive mode of inheritance was detected. The recessive gene was not located at the mlo locus. This investigation represents the first systematic study of race-specific genes for powdery mildew resistance in Tunisian landraces. The newly identified sources of resistance may be used in many strategies of breeding for disease resistance.     

The resistance to leaf rust and powdery mildew of recombinant lines of barley (Hordeum vulgare L.) derived from H. vulgare × H. bulbosum crosses

A set of 23 recombinant lines (RLs) of barley ( Hordeum vulgare L.) derived from H. vulgare  ×  H. bulbosum L. crosses was inoculated with barley leaf rust ( Puccinia hordei ) and powdery mildew ( Blumeria graminis f.sp. hordei ) at the seedling stage to identify their levels and mechanisms of resistance. Eight RLs were studied further in glasshouse and field tests. All three barley parents ('Emir', 'Golden Promise' and 'Vada') were highly susceptible to powdery mildew and leaf rust isolates. Several RLs showed partial resistance expressed as high relative latency periods and low relative infection frequencies against leaf rust. This high level of partial resistance was due to a very high level of early aborting colonies without host cell necrosis. Several RLs showed hypersensitive resistance to some or all isolates. For powdery mildew, one RL was completely resistant to the CC1 isolate and had a hypersensitive resistance to the CO-02 isolate. Three RLs derived from 'Emir' were completely resistant to both powdery mildew isolates, and three more RLs tested in the field had higher levels of partial resistance than their parents. The results indicate that H. bulbosum contains major and minor gene(s) for resistance to leaf rust and powdery mildew that can be transferred to cultivated barley.     

大麦GRF家族的基因组鉴定及生物信息学分析

生长调控因子(grow regulating factor, GRF)是重要的植物转录因子之一,在调控植物生长发育过程中发挥重要作用.本研究通过生物信息学分析,从大麦基因组中鉴定出12个HvGRF转录因子家族成员,且均具有完整的特征结构域QLQ和WRC.HvGRF家族成员含有2～5个外显子,蛋白二级结构具有相似的特征,...     

粗山羊草抗小麦白粉病基因遗传多样性的研究

粗山羊草(Ae.tauschii(Coss.)Schmal.)是普通小麦(T.aestivum L.)抗性改良的宝贵遗传资源。本研究对来自伊朗、前苏联等8个国家和地区的78份粗山羊草进行了小麦白粉病(powderymildew)混合菌种苗期接种鉴定,表现免疫或近免疫的有45份,占57.69％;用一套白粉病菌菌株(共16个)对原产地不同的11份粗山羊草分别进行苗期接种鉴定,结果表明除Y168表现感染外,其它10份材料表现出各自不同的抗性反应,只有来自伊朗的Y219、Y221、Y225和来自的苏联的Ae37能抗所有16个菌株,而没有感染的毒性菌株,说明它们可能含有新的不同于15个已知Pm基因的抗性基因。利用完全双列杂交对原产地不同的5份粗山羊草进行了苗期抗白粉病基因的遗传分析,出现3种不同的抗性基因类型,来自伊朗的3份材料表现单显性(PmA)或双显性(PmA、PmB)2种类型,而来自前苏联的2份材料表现出不同于前两种类型的另一种单显性(PmB)类型。从而为增加普通小麦抗白粉病基因的遗传多样性奠定了基础。     

谷子WRKY转录因子对白发病菌胁迫的响应

谷子白发病是谷子生产上的重要病害,可严重影响谷子的产量和品质。WRKY转录因子广泛参与植物的抗病,生长发育等多种生理过程。为了探究谷子WRKY转录因子对白发病菌胁迫的响应,进而发掘谷子特有的抗病基因并为以后的抗病研究提供参考,本研究以感病品种‘晋谷21’为试材,基于前期对转录组测序的基础上,筛选出8个与谷子白发病相关的WRKY转录因子基因,然后通过生物信息学技术,对这8个WRKY转录因子基因特征,基因序列及所在染色体位置,基因组结构模式启动子序列元件,与白发病菌相关的调控元件以及表达模式等进行了分析。研究发现,8个WRKY转录因子基因中5个基因分布在5号染色体上,在受白发病菌胁迫后其表达水平存在显著差异。启动子顺式元件分析的组成和分布也存在较大差异,8个基因的蛋白大小是202~440个氨基酸,系统进化树分析表明,基因Seita.8G123100,Seita.5G261700的亲缘关系较近,并且受侵染后的表达水平均高于正常水平。发现8个基因中5个基因在受到病原菌侵染时其表达水平高于其正常状态下的基因表达水平,可以作为谷子抗病的重要候选基因。本研究结果为后续筛选谷子抗病基因及谷子抗病机制的研究奠定了一定的理论基础。     

Spectrum of resistance conferred by ML-O powdery mildew resistance genes in barley

Summary Ten barley mutants and five Ethiopian barley lines representing 11 independently arisen powdery mildew resistance genes in the ml-o locus were tested at the seedling stage to cultures of the powdery mildew fungus from Europe, Israel, USA. Canada, and Japan. They were resistant with infection type 0/(4) in all tests. They were also resistant to field populations of the pathogen when scored in disease nurseries at more than 78 locations in 29 countries in Europe, the Near East, North and South America. New Zealand, and Japan. This indicates that the 11 genes confer the same, world-wide spectrum of powdery mildew resistance. They have no effect on several other barley diseases such as stripe rust and leaf rust.Part of the research reported here was carried out under IAEA Research Agreement No 1043 and Research Contract No 139-74-1 BIO DK with the European Atomic Energy Community.