苹果SBP基因家族生物信息学分析

首先利用生物信息学方法对苹果42条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示着42条蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起被分成了7个亚族,拟南芥与苹果SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位结果显示42条SBP基因分布在12条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,42条氨基酸序列以随机卷曲和α-螺旋为主要组成部分,而且42条氨基酸序列三维结构相似。     

苹果NAC转录因子家族生物信息学分析

NAC转录因子是植物特有的且具有多种生物功能的一类重要转录因子,该家族转录因子广泛参与植物生长发育以及器官建成、逆境胁迫应答等反应.首先利用生物信息学方法对苹果256条NAC蛋白序列的系统发生和NAC基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥NAC转录因子家族之间的联系.结果显示苹果256条蛋白序列与拟南芥94条NAC蛋白序列一起被分成了 23个亚族,拟南芥与苹果MC基因间具有较高的保守性.基因组定位结果显示苹果256条MAC基因分布在17条染色体上.研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,256条氨基酸序列以随机卷曲为主要组成部分,且256条氨基酸序列三维结构相似.本试验结果将为苹果NAC转录因子家族的进一步功能分析提供重要研究基础.     

在葡萄果实发育Ⅰ、Ⅲ期差异表达的SWEET基因家族成员的生物信息学分析

为探索SWEET基因家族在葡萄果实发育中的表达与功能,以本实验室完成的酿酒葡萄品种赤霞珠Ⅰ期和Ⅲ期果实的转录组数据为基础,筛选出在Ⅰ期和Ⅲ期表达量存在显著差异的9个SWEET基因家族成员,利用生物信息学工具,对这9个基因的基因结构、蛋白的基本理化性质、二级结构、亚细胞定位、保守基序和序列同源性等进行预测分析,并利用实时荧光定量PCR(qPCR)技术对分析结果进行验证。基因组定位结果发现这9个SWEET基因分布在7条染色体上,蛋白序列可分成4个亚族。不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;二级结构预测结果显示,这9个SWEET基因的氨基酸序列以α-螺旋和无规则卷曲为主要组成部分;基因结构分析表明,除VvSWEET4含有4个内含子,其余8个均含有5个内含子;对9个SWEET基因家族成员蛋白的亚细胞定位预测分析表明:它们大多定位在质膜、叶绿体类囊体膜和液泡膜上;QPCR结果表明,在Ⅰ期和Ⅲ期差异表达的9个SWEET基因家族成员中,5个基因上调表达,4个基因下调表达,与转录组分析结果一致。     

天山雪莲水孔蛋白基因(AQP)家族鉴定与生物信息学分析

为研究新疆天山雪莲水孔蛋白基因(AQP)家族并对其基因家族成员进行鉴定及分类,从雪莲转录组数据库中获得了33条天山雪莲水孔蛋白基因序列,利用生物信息学软件,将其与拟南芥中38条水孔蛋白基因序列进行分析、分类和保守序列分析,结果显示天山雪莲33条AQP基因家族序列与拟南芥38条AQP基因序列一样分成4个亚族,即质膜水孔蛋白(Plasma membrane intrinsic protein,PIP)基因、液泡膜内在水孔蛋白(Tonoplast intrinsic protein,TIP)基因、类Nodulin(NOD26)膜内在水孔蛋白(NOD26-like membrane intrinsic protein,NIP)基因和膜内小基本蛋白(Small and basic membrane intrinsic protein,SIP)基因。拟南芥与天山雪莲AQP基因间具有较高的保守性。对天山雪莲AQP基因家族进行了系统进化树构建,并分析了水孔蛋白氨基酸组成成分、理化性质,预测了二级结构,发现水孔蛋白不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的亲水性存在一定差异,水孔蛋白的二级结构以α螺旋、β折叠、无规则卷曲为主。从这33条AQP基因序列中克隆了3个水孔蛋白基因,测序结果证明天山雪莲转录组数据库基因序列准确率较高。     

毛果杨Eukaryotic translation initiation factor 5A（eIF5A） 同源基因的生物信息学分析

为研究毛果杨eIF5A基因间的同源性及其进化关系,以毛果杨的eIF5A基因为研究对象,利用生物信息学软件及网站对其进行碱基分布、氨基酸组成、亲疏水性、保守区以及二级结构和三级结构的预测与分析,并与其他物种的eIF5A氨基酸序列进行多重比对与进化分析。结果表明,4个毛果杨eIF5A基因定位于不同染色体上,且都只含有5个外显子;研究还发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;亚细胞定位分析表明,4个eIF5A蛋白均定位于细胞质上;二级结构预测结果显示,4个eIF5A氨基酸序列以无规则卷曲、扩展链和α-螺旋为主要组成部分,且4条氨基酸序列三维结构十分相似。上述结果均为毛果杨eIF5A基因家族的进一步功能分析提供了一定基础。     

甜瓜β-氨基己糖苷酶基因家族的全基因组分析

茁-氨基己糖苷酶(茁-Hexosaminidase, 茁-Hex, EC 3.2.1.52)是生物界广泛存在的一种糖苷水解酶。通过全 基因组信息鉴定甜瓜茁-氨基己糖苷酶基因家族,初步在甜瓜全基因组数据库中发现5 个茁-Hex 基因成员,采用 Pfam 等在线软件预测候选蛋白的结构域,去除2 个不完整的基因,最后将筛选出的3 个基因与拟南芥、青椒、番茄、 可可树、谷子、葡萄和黄瓜的相应基因编码的蛋白序列进行进化分析比对、建立系统发生树和保守基序的预测分析。 结果表明,进化树亚族成员中基序相同,并且在保守区序列高度相似;亚族之间基序差异也较小,保守区序列也具有 较高相似性。     

高粱GRAS基因家族全基因组鉴定及其对烯效唑的响应

GRAS转录因子广泛参与植物生长发育和逆境胁迫应答等多种代谢途径,并发挥重要作用。本研究利用生物信息学技术从高粱全基因组序列中鉴定出GRAS蛋白序列,经SMART和Pfam-search去除冗余序列后,通过ExPASy-ProParam、Mapchart以及MEGA7.0等进行理化性质、染色体定位和系统进化等分析,利用GO和KEGG对GRAS基因进行注释,结合转录组测序分析高粱GRAS家族成员在烯效唑处理不同时期的表达模式,并用实时荧光定量PCR技术检测部分具有显著转录组差异的GRAS成员表达情况。结果表明:从高粱全基因组中鉴定出80个GRAS转录因子,根据亲缘关系远近分为8个亚族;高粱GRAS基因氨基酸数介于295～967个,分子量介于31 529.21～107 470.03 kD,平均等电点6.01,96.25%的GRAS基因为不稳定蛋白,平均亲水性-0.264;除7号染色体外,其余染色体均有GRAS基因分布;基于高粱转录组数据,可以将GRAS基因分为5类;通过qRT-PCR验证8个表达量具有显著差异的GRAS基因,结果显示,6个基因与转录组数据表达趋势一致,其中5个为差异表达基因。上述结果初步筛选出5个在烯效唑处理下不同时间的差异表达基因,为研究高粱GRAS转录因子对烯效唑的响应提供理论依据。     

桃NAC基因家族生物信息学分析

NAC基因家族是最大的植物特有的转录因子家族之一,因在植物发育和逆境应答过程中起着多样的作用而被广泛关注。为进一步进行桃NAC家族基因鉴定、功能分析等研究提供基础信息,采用生物信息学方法预测了桃NAC基因家族成员数目、在基因组骨架上分布、表达模式、假定蛋白质结构和亚族分类。预测结果显示桃NAC基因家族包含115个假定NAC蛋白质,被分为17个亚族,且与拟南芥中NAC家族基因具有一定的相似性;1个NAC基因分布在11号骨架上,其余分布在1～8号基因组骨架上;对一级结构的分析结果显示桃NAC家族蛋白质分子量和氨基酸数目成正相关,绝大多数是亲水氨基酸,各亚族间等电点没有规律;115个蛋白质的二级结构全部以无规则卷曲为主要构成元件,且它们的三级结构大部分相似。在果皮中表达的NAC家族基因数最多,达到75%;在花芽中表达的NAC家族基因数较少,为1%。     

苹果SHR亚家族基因特征及其器官表达谱分析

SHR(SHORT-ROOT)是植物特异性转录因子GRAS的一个亚家族，本研究基于拟南芥SHR序列，从苹果、白梨、蜜柚、甜橙和掌叶覆盆子全基因组数据库中分别获得9、10、5、5和4个SHR亚族成员基因，比较了它们的特征，重点分析了苹果MdSHR蛋白结构及其基因的器官表达。结果表明，所得SHR亚家族成员编码蛋白分子质量在29743.72～62251.21Da，全部定位于细胞核。苹果MdSHR在染色体上有1对串联复制基因和1对共线性基因；MdSHR编码蛋白含有10个保守基序，其中5个为所获SHR亚家蛋白共有。MdSHRs和AtSHRs的蛋白二级结构都以无规卷曲和α螺旋为主，大部分MdSHRs和AtSHRs的蛋白三维结构相似；9个MdSHRs基因的启动子上含有胁迫响应及激素应答相关元件。器官表达谱分析显示，大部分MdSHRs的表达量在苹果果实和花中较高，在种子和枝条中较低，在根系和幼苗中更低，而MdSHR3在不同器官的表达水平与其他MdSHRs的情况基本相反。     

茄子SmWOX13基因的克隆、亚细胞定位及序列分析

WUSCHEL-related homeobox基因编码保守的转录因子家族在植物发育中起着非常重要的作用。本文从茄子中克隆了SmWOX13基因,该基因cDNA序列全长1 233 bp,包含834 bp编码序列。推导氨基酸序列用于分析该基因的保守性及生成3D结构。扩增获得的基因组序列被用于该基因结构的分析。SmWOX13与GFP融合蛋白的亚细胞定位结果表明该蛋白被定位于细胞核。系统发生树显示茄子SmWOX13基因与番茄WOX8和拟南芥WOX13属于同一个分支。综上结果可表明茄子SmWOX13基因可能与之前报道的番茄和拟南芥WOX基因类似,参与了果实形状的控制。     

芸薹属AC 基因组MTP1 基因的生物信息学分析

以拟南芥(Arabidopsis thaliana)AtMTP1基因序列为参考,利用白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)、甘蓝型油菜(Brassica napus)全基因组数据对MTP1基因进行全基因组水平鉴定,通过Blastn比对和保守结构域分析,在芸薹属AC基因组中共鉴定到8个MTP1基因,其中白菜1个、甘蓝3个、甘蓝型油菜4个(A亚基因组3个、C亚基因组1个)。生物信息学分析结果表明,在蛋白质理化性质、二级结构、跨膜结构域、磷酸化位点等方面,3个物种中的MTP1基因间各有差异,并使用甘蓝型油菜转录组数据比较分析4个BnMTP1基因在不同组织部位的表达模式。     

葡萄全基因组DELLA蛋白基因家族鉴定及其应答外源赤霉素调控葡萄果实发育的特征

【目的】明确DELLA蛋白基因在葡萄基因组数据库中的数量、结构和组织表达差异,探究DELLA蛋白在葡萄赤霉素(GA)信号传导及葡萄无核果实发育机理中的作用机制。【方法】基于拟南芥、水稻等植物中的DELLA蛋白基因,利用HMMER程序和NCBI的CDD程序鉴定葡萄基因组中的DELLA蛋白基因;以‘白罗莎里奥’葡萄品种为试材,采用PCR技术克隆3个DELLA蛋白基因的c DNA全长序列;通过启动子作用元件分析预测其潜在功能;利用生物信息学软件对其染色体定位、基因结构、系统进化、理化特性、亚细胞定位及蛋白互作等进行分析;利用农杆菌介导的烟草瞬时表达技术分析DELLA蛋白的亚细胞定位情况;采用q RT-PCR方法检测葡萄DELLA蛋白基因应答GA在果皮、果肉、种子(或种子区)的时空表达特征。【结果】鉴定得到3个葡萄DELLA蛋白基因,克隆并验证其精确序列,分别命名为Vv GAI1(VIT_201s0011g05260)、Vv RGA(VIT_214s0006g00640)及Vv SLR1(VIT_211s0016g04630),其染色体定位、开放阅读框(ORF)大小、编码氨基酸数量分别为:Chr1、1 773 bp、590个;Chr14、1 710 bp、569个;Chr11、1 599 bp、532个。基因结构分析表明其DNA序列均无内含子,只有1个外显子,基因结构高度保守。进化分析显示Vv GAI1与Vv RGA亲缘关系较近,被聚类为一组,而Vv SLR1为另一组。3个基因的启动子均含有响应赤霉素和胚乳发育相关的作用元件,表明它们可能参与响应GA信号传导和胚乳发育过程。亚细胞定位结果显示3个DELLA蛋白均定位于细胞核。q RT-PCR结果显示除果皮中Vv SLR1在近成熟期具有表达高峰外,其余均在幼果期高表达,且外源GA处理均不同程度降低了3个DELLA蛋白基因在葡萄果皮、果肉和种子区的表达,尤以种子区下调水平最为显著。蛋白互作分析表明3个DELLA蛋白均为葡萄GA信号传导的核心作用元件,均可能与GIDI1和SLY1互作参与葡萄GA信号传导。【结论】葡萄基因组中含有3个DELLA蛋白基因家族成员;不同物种间DELLA蛋白结构高度保守;GA可能通过负调控这3个成员参与葡萄果皮、果肉和种子区的发育,且3个成员均可能通过应答GA信号调控葡萄无核果实的发育。     

番茄、拟南芥和葡萄中同型半胱氨酸S-甲基转移酶基因家族功能研究

同型半胱氨酸S-甲基转移酶（homocysteine S-methyltransferase,HMT）普遍存在于被子植物中,在植物合成甲硫氨酸过程中起着重要作用,其在拟南芥中的功能已有所研究,但该家族在其他植物中的功能尚不清楚。本文通过同源比对,获取番茄、拟南芥和葡萄中共8个HMT家族基因的信息,通过系统进化树分析,发现8个HMT蛋白形成2个分支;利用蛋白motif分析、蛋白结构域分析、基因外显子内含子结构分析,发现HMT蛋白在进化上较为保守。通过对拟南芥在非生物胁迫条件下HMT家族基因的表达水平进行分析,发现多个AtHMT基因对非生物胁迫尤其是冷胁迫、盐胁迫、干旱胁迫产生应答,表明HMT家族基因在非生物胁迫应答中的调控作用。另外,通过对番茄各组织在发育的各个阶段中HMT基因进行表达量分析,发现HMT基因可能在番茄种子发育、开花、果实成熟方面发挥作用。综上,本文对番茄、拟南芥和葡萄中HMT基因家族的生物信息学分析及基因表达数据进行了挖掘,对深入研究HMT基因在番茄、拟南芥和葡萄中的作用具有重要意义。     

陆地棉CRK基因家族的鉴定及其表达分析

【目的】富含半胱氨酸类受体激酶（CRK）是植物中最大的类受体激酶家族之一,在植物生长发育、激素信号传导和抗逆境胁迫中发挥重要作用。从全基因组水平鉴定陆地棉CRK基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用陆地棉CRK基因家族奠定基础。【方法】从Pfam数据库下载stress-antifung结构域氨基酸序列,应用BLASTp程序搜索棉花基因组数据库,鉴定棉花CRK基因家族;利用Compute pI/Mw tool、SignalP、TMHMM Server V2.0、WoLF POSRT等在线工具预测陆地棉CRK家族蛋白的分子量、信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位等;用ClustalX1.8软件对棉花和拟南芥CRK蛋白质进行氨基酸序列比对,MEGA5.0分析棉花和拟南芥CRK蛋白的系统进化关系;使用TBtools制作陆地棉CRK基因家族的染色体定位、基因结构和蛋白质结构域示意图;应用植物顺式调控元件数据库PlantCARE分析棉花启动子序列;通过植物磷酸化位点数据库PlantPhos预测陆地棉CRK家族蛋白的磷酸化位点;从NCBI数据库下载RNA-Seq数据,利用转录组定量工具Kallisto计算TPM值,通过在线工具Morpheus绘制陆地棉CRK家族基因表达热图。【结果】陆地棉基因组中有70个CRK基因,分布于14条染色体,其中52个基因（74.3%）集中串联成簇分布于A6/D6、A9/D9、A10/D10染色体,且在A/D染色体组之间呈现高度共线性关系。编码302-901个氨基酸,58个蛋白质（82.9%）具有跨膜结构域,主要定位于叶绿体、质膜和胞外。磷酸化位点预测结果表明,陆地棉和拟南芥CRK有5个相同的磷酸化位点基序,包括3种丝氨酸磷酸化位点基序和2种苏氨酸磷酸化位点基序。65个陆地棉CRK基因的启动子区（92.9%）至少含有一种逆境激素响应元件,69个基因启动子区（98.6%）至少含有一种生物或非生物胁迫响应元件。根据RNA-Seq数据分析结果,陆地棉CRK基因可分为3种不同的组织表达特征类型;盐、干旱、冷、热胁迫以及接种大丽轮枝菌均可以导致部分陆地棉CRK基因表达水平的改变。GhCRK25在根、茎、叶和胚珠中优势表达,在纤维中几乎不表达,ABA、GA3、SA、PEG-6000、氯化钠和大丽轮枝菌Vd991处理均能刺激GhCRK25迅速上调表达。应用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）沉默GhCRK25可导致棉花对大丽轮枝菌Vd991更为敏感。【结论】陆地棉CRK基因家族有70个成员,具有保守的基因结构和功能结构域,多样化的组织表达特征,大多数基因受激素和逆境调控。     

水稻与拟南芥全基因组丝氨酸羧肽酶类蛋白家族比较分析(英文)

    基于水稻与拟南芥全基因组序列,在基因组与蛋白质组水平上对这2种模式植物的丝氨酸羧肽酶 (SCPs)基因家族进行比较分析.利用隐马可夫模型(hidden Markov models,HMM),发现水稻与拟南芥中分别存在71个与54个丝氨酸羧肽酶类(serine carboxypeptidases like,SCPL)蛋白编码基因,它们广泛分布于基因组中各条染色体上,并且存在多个基因簇聚区.基因结构分析显示,拟南芥的SCPL基因存在广泛的交替剪接方式,而这种现象在水稻SCPL基因中却不常见.蛋白结构分析表明,所有SCPL家族成员均具有α/β水解酶折叠亚族与S10家族典型的保守结构域与二级结构特征.系统进化分析表明,这125个SCPL蛋白可以分成3大类,与水稻不同,大多数拟南芥SCPL (88.9%)可归属于双链羧肽酶Ⅰ或Ⅱ.     

茶树ZF-HD转录因子基因家族的鉴定及表达分析

【目的】搜索鉴定茶树ZF-HD（Zinc finger homeodomain）转录因子基因家族成员,并对其进行生物信息学分析及在不同组织及非生物胁迫和激素处理下的表达模式,为茶树ZF-HD基因家族的功能研究及茶树遗传性状改良提供理论依据。【方法】通过隐马尔可夫模型预测和序列比对从茶树基因组中筛选鉴定出茶树ZF-HD基因家族成员,利用在线生物信息学分析软件对其基因结构、启动子元件,以及编码蛋白的理化性质、氨基酸序列、结构特征、进化关系等进行预测分析,并基于转录组测序（RNA-Seq）数据分析其在不同组织及在干旱胁迫、盐胁迫和茉莉酸甲酯（MeJA）处理下的表达模式。【结果】从茶树基因组中鉴定出17个ZF-HD基因家族成员（CsZHD1~CsZHD17）,其编码区（CDS）序列长度为369~2187 bp,编码122~728个氨基酸残基,蛋白分子量13.51~80.42 kD,理论等电点为6.09~9.19,均属于亲水性不稳定蛋白,蛋白二级结构均由β-转角、延伸链、α-螺旋和无规则卷曲构成。除CsZHD2、CsZHD5和CsZHD7蛋白定位于细胞质,CsZHD9蛋白定位于细胞外,其他13个蛋白均定位于细胞核。仅CsZHD2、CsZHD7、CsZHD9、CsZHD10和CsZHD12基因含外显子和内含子,其他12个CsZHDs基因均无内含子。除CsZHD7蛋白具有2个ZF-HD_dimer结构域外,其他16个蛋白均具有1个ZF-HD_dimer结构域。CsZHD1~CsZHD17蛋白具有2~5个保守基序（motif）,其中motif 1和motif 3为共有的保守基序。茶树ZF-HD家族蛋白可分为5个亚族（ZHDⅠ、ZHDⅡ、ZHDⅢ、ZHDⅣ和MIF）,较拟南芥少了ZHDⅤ亚族。除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因在8个组织中不表达或表达量极低外,其他14个CsZHDs基因在8个组织中呈差异性表达;除CsZHD2、CsZHD12和CsZHD17基因外,其他15个CsZHDs基因在顶芽或花中表达量较高。在干旱胁迫和盐胁迫处理下,除CsZHD1、CsZHD2、CsZHD5、CsZHD12、CsZHD14和CsZHD17基因的表达量始终处于较低水平外,其他CsZHDs基因均呈不同的变化趋势;在MeJA处理下,除CsZHD2、CsZHD5和CsZHD12基因表达量极低外,多数CsZHDs基因呈下调表达的趋势。【结论】从茶树基因组中鉴定出17个ZH-HD基因家族成员,其编码蛋白具有保守的锌指结构域和同源异型盒结构域;茶树与拟南芥ZH-HD基因家族相比缺少ZHDⅤ亚族;CsZHDs基因的表达具有组织特异性,且大多数成员的表达受非生物胁迫和MeJA的影响。     

葡萄NAC转录因子的生物信息学分析

NAC基因家族是高等植物所特有的一类转录因子家族,广泛参与植物生长发育、逆境胁迫应答等反应。通过对71种葡萄NAC蛋白与22种其他物种NAC蛋白的生物信息学分析,对与非生物逆境胁迫相关的12种NAC蛋白的染色体定位、理化性质、亲/疏水性、二级结构及亚细胞定位等进行了分析和预测。结果显示,葡萄NAC蛋白共分为5大类,与非生物逆境相关的NAC蛋白聚集在第Ⅲ类。分析显示不同NAC蛋白间氨基酸、疏水性及稳定性之间存在一定差异,二级结构主要为随机卷曲等。分析结果可为进一步研究通过葡萄NAC基因调控葡萄的生长与抗逆机制提供参考。