生菜bHLH转录因子家族的鉴定与生物信息学分析

本研究旨在对生菜(Lactuca sativa L.)bHLH转录因子进行全基因组鉴定与系统分析，以期为生菜bHLH家族基因的生物学功能的研究提供理论基础。通过Pfam下载bHLH结构域的隐马氏模型，利用HMMER3.0和SMART鉴定生菜bHLH基因。使用ExPASy ProtParam tool、DNAMAN 5.0、ClustalX和MEGA 7.0等软件对bHLH的蛋白序列进行生物信息学分析。在生菜全基因组中共鉴定出135个bHLH转录因子，其编码蛋白的相对分子量为17843.82~75409.15 Da，理论等电点为0.63~9.51，其中有92个酸性蛋白，43个碱性蛋白。123个bHLH蛋白为不稳定蛋白，135个bHLH蛋白均为亲水性蛋白。各家族成员均含有N端碱性结构域和C端HLH结构域，其中N端可结合特定的DNA顺式元件，C端可维持bHLH蛋白二级结构的稳定。系统进化分析将生菜中135个bHLH蛋白分为10个亚家族。通过全基因组分析，共鉴定出135个生菜bHLH转录因子，为生菜bHLH家族基因的功能研究提供借鉴。     

基于RNA-Seq的蒙古冰草bHLH转录因子家族分析

为挖掘蒙古冰草(Agropyron mongolicum)干旱胁迫响应的bHLH基因,本研究在转录组测序数据的基础上,利用生物信息学方法对蒙古冰草bHLH基因进行理化性质、亚细胞定位、保守域及基序、系统发育进化分析,同时对不同干旱处理条件下的bHLH基因进行表达分析。结果表明：筛选得到23个具有完整bHLH保守结构的蒙古冰草转录因子,蛋白大小在87～699 aa之间;分子量在0.98～7.56 kD之间;脂肪族指数和理论等电点分别在54.33～96.96和4.76～9.68之间。23个蒙古冰草bHLH转录因子亚细胞定位预测全部在细胞核中;bHLH基因含2个保守结构域,碱性区含有高度保守序列Glu9、Arg-10、Arg-12、Arg13,螺旋区内Arg-23和Arg-41高度保守。进化树分为两大类：第一类为DN18916＿c0＿g1、DN23825＿c0＿g1、DN20889＿c1＿g1、DN21712＿c0＿g1、DN25383＿c0＿g4;另一类为DN16122＿c0＿g3、DN27532＿c1＿g3、DN27156＿c1＿g2、DN211-64＿c0＿g1、DN22283＿c0＿...     

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。     

杂交兰叶色相关转录因子生物信息学分析

转录因子在转录水平上调控基因表达,广泛参与植物生长发育、器官形态建成、逆境胁迫和激素信号应答。为进一步研究杂交兰(Hybrid Cymbidium)叶色相关NAC、MYB和bHLH转录因子,本研究利用生物信息学方法对杂交兰NAC、MYB和bHLH基因编码蛋白的理化性质、分布、蛋白结构、磷酸化位点及系统进化关系进行了分析。结果表明,NAC、MYB和bHLH家族基因编码的蛋白既有酸性蛋白也有碱性蛋白,所有蛋白均为亲水性蛋白;亚细胞定位均定位在细胞核;各转录因子家族蛋白具有较高的保守性;编码蛋白序列都包含丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点。本研究为杂交兰叶色相关NAC、MYB和bHLH基因家族的功能分析奠定基础。     

植物TCP蛋白作用机制研究进展

TCP蛋白是一类植物特有的转录因子,广泛存在多个物种中。不同物种TCP蛋白数量差异较大,但都含有一个由59个氨基酸残基组成的高度保守的bHLH结构。TCP蛋白通过bHLH结构结合到基因的启动子、内含子及编码区调控下游基因表达,同时其自身的表达和活性也受多个因子的调控。近几年,随着研究的深入和生物技术的发展,TCP转录因子的上下游调控网络逐步被揭晓。本研究主要对TCP转录因子的结构、分布,其上游调控因子和调控下游基因的分子机制最新研究以及生物学功能进行综述,并对TCP转录因子未来的研究方向进行展望,为全面了解TCP类转录因子的调控网络提供参考。     

玉米TCP转录因子家族的全基因组鉴定及表达模式分析

TCP (Teeosinte branched I, Cycloidea, Proliferating Cell Factors 1和2)是一类植物特有的转录因子家族,包含一个高度保守且非典型的螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域,在植物生长发育的不同阶段发挥着重要作用,但在玉米中该基因家族的相关研究报道较少。本研究利用生物信息学方法在玉米全基因组中鉴定TCP转录因子家族成员,并对该家族成员的理化性质、基因结构、染色体定位、进化关系、保守基序及表达模式等进行了分析。结果表明,玉米TCP转录因子家族共包含43个成员,根据系统发育分析可以将其划分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,其中,ClassⅡ亚家族又可以分为CYC-TCP和CIN-TCP两个亚类。玉米TCP转录因子家族蛋白的氨基酸残基数为44～269aa,相对分子质量在5.20～29.54kD,等电点范围在5.04～11.55。基因染色体定位分析发现,玉米10条染色体上均含有TCP基因,且在4号染色体上最多,有8个基因。对该家族基因结构的分析表明,在玉米TCP家族中有66.8%的基因只含有一个外显子,低于拟南芥的82%,表明玉米TCP拥有更加丰富的基因结构。此外,本研究在玉米TCP家族蛋白中共鉴定到20个保守基序,其中有32个TCP蛋白包含motif 1,占总数的74.4%。玉米籽粒RNA-Seq数据分析表明,玉米TCP转录因子家族有26个成员在玉米籽粒中表达,ZmTCP37等基因在不同部位、不同时期均有表达,ZmTCP8等基因在特异部位、特异时期表达。本研究在玉米中鉴定了TCP基因家族基因数量、系统进化关系、保守结构域、在染色体上的定位及玉米籽粒中TCP基因表达模式,为揭示玉米TCP基因家族在玉米籽粒中的功能奠定了基础。     

镉胁迫下桑树幼苗的转录组分析

为研究桑树幼苗对重金属镉胁迫应答的分子机制，挖掘与镉胁迫相关的功能基因，利用Illumina HiSeq测序方法对正常和CdCl2胁迫条件下的桑树幼苗进行转录组学研究。基于从头转录组组装，从镉胁迫下的桑树幼苗中分离到39758个非冗余转录本。这些转录本的平均长度和N50分别为1135、1968 bp，平均GC含量为41.72%。从不同的镉胁迫时期鉴定得到15882个差异表达基因。KEGG途径富集分析表明，这些差异表达基因分别主要参与光合作用、次生代谢和能量代谢相关途径。此外，36个转录因子家族的148个转录因子在不同镉胁迫时期存在差异表达，包括bHLH、MYB、B3、NAC、MYB-related等。qRT-PCR显示差异表达基因的表达谱与RNA-Seq分析结果一致。研究结果可为了解桑树对镉的耐受机制提供依据。     

辣椒HD-Zip转录因子家族鉴定与生物信息学分析

从辣椒基因组数据库中鉴定HD-Zip转录因子,并对其进行生物信息学分析。对鉴定到的转录因子的基本理化性质、染色体定位、系统进化、保守基序和基因结构进行分析。共鉴定到45个辣椒HD-Zip转录因子;该家族成员均含有高度保守的HD-Zip结构域;45个HD-Zip基因以不均匀的方式分布在12条染色体上。根据拟南芥HD-Zip家族分类关系,在结合辣椒HD-Zip基因结构的特点分为GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ和GroupⅣ。辣椒HD-Zip转录因子在同一亚族中含有相同的保守基序和基因结构。本研究初步明确了辣椒HD-Zip转录因子家族成员进化关系和结构特点,为进一步研究辣椒HD-Zip转录因子家族的系统发育以及生物学功能提供了依据,为辣椒的分子育种提供科学依据。     

辣椒TALE转录因子的生物信息学分析

TALE转录因子家族广泛存在于植物中,在植物生长发育的各个阶段发挥重要作用,但是目前关于辣椒TALE转录因子家族的研究鲜见报道。本研究借助于生物信息学手段,通过HMMER、SMART、MEGA5.05、GSDS、MEME、DNAMAN、SOPMA、SWISS-MODEL等软件和网站对辣椒TALE转录因子类型、结构域、系谱进化、蛋白理化性质及高级结构、信号肽进行分析。分析显示20个辣椒TALE转录因子家族成员均含有HOX主结构域;系统进化树分析显示,20个TALE转录因子家族成员可分为KNOX和BEL两个亚族,同一亚族含有相同的保守基序以及相似的基因结构和蛋白跨膜结构;辣椒TALE转录因子家族的内含子在3~6之间;α-螺旋和无规则卷曲是该家族基因主要的二级结构,三级结构中都含有螺旋-转角-螺旋结构。本研究分析了辣椒TALE转录因子的生物信息学的特征,结果表明该基因家族在辣椒中具有稳定、保守的特点,这为今后研究该基因参与的生长发育过程及其作用奠定了一定的理论基础。     

玉米YABBY转录因子的全基因组鉴定和表达模式分析

为挖掘玉米YABBY转录因子的功能,本研究通过生物信息学方法,在玉米全基因组水平一共鉴定到12个玉米YABBY转录因子,并对其表达模式进行了分析。结果表明,它们不均等分布在玉米的7条染色体上。所有的ZmYABBY蛋白均含有一个位于N端的C2-C2锌指结构域和C端的YABBY结构域。系统进化分析可将它们分为FIL、CRC、YAB2、YAB1和INO五个亚族。共线性分析发现ZmYABBY基因与禾本科植物存在很好的共线性关系。表达模式分析发现Zm YABBY基因具有特异性表达。这些结果为进一步研究玉米YABBY基因功能提供了理论参考价值。     

谷子SBP转录因子的鉴定与表达分析

为明确谷子SBP基因家族成员、系统发育以及生物学功能,本研究通过构建隐马尔可夫模型和本地数据库,在谷子全基因组数据库中扫描含有SBP结构域的SBP基因家族成员,并进一步对染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和组织表达模式进行分析。从谷子全基因组数据库中共鉴定到20个SBP成员,以不均匀方式分布在9条染色体上;系统进化树分为GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ、GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ6个亚族;亲缘关系较近的基因具有相似的结构和保守基序,谷子SBP蛋白都含有保守motif 1和motif 2,大部分谷子SBP基因的内含子个数在1～4之间;谷子SBP基因在不同组织中的表达模式具有特异性,具有相同表达模式的基因聚类在一起。本研究初步明确了谷子SBP转录因子的分类、进化关系、结构特点以及组织表达模式。研究结果为进一步研究谷子SBP转录因子的系统发育以及生物学功能提供了理论基础,同时也为培育优良谷子种质资源提供科学依据。     

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。     

甜杨抗冻转录因子ICE1基因的in silico克隆及其分析

ICEl基因编码类似MYC的bHLH转录因子,可特异地结合到CBF3启动子的MYC作用元件并诱导CBF/DREB1下游基因的转录表达.本文采用电子克隆的方法,以拟南芥ICE1蛋白序列为信息探针,利用杨树EST数据库和毛果杨基因组序列拼接的结果,设计引物并通过RT-PCR从甜杨克隆了杨树的第一个ICE1基因.其cDNA长1 706 bp,含有完整的开放阅读框,可编码543个氨基酸的MYC类蛋白.编码蛋白序列含有bHLH区,核定位信号(NLS)区,富S区和转膜区各1个.Blast分析表明,cDNA序列及其推导的氨基酸序列均与拟南芥和芥菜的ICE1存在着较高的同源性,说明所获得的cDNA可能是甜杨ICE1基因(PsICE1,DQ481236).通过网络服务器平台进行PsICE1的功能预测,结果显示PsICE1含有bHLH保守功能域,具有多个磷酸化位点和跨膜区域.另外,ICE1的电子表达谱分析结果发现,ICE1几乎可在植物中整株表达,在多种组织和不同发育过程均表达,这也在一定程度上说明了ICE1是组成型表达,以及ICE1可能在植物的生长发育中也起着重要作用.     

矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子筛选与鉴定

ERF转录因子是植物特有的一类转录因子，属于AP2/ERF转录因子家族，调控多种生物学功能，在植物响应生物与非生物胁迫过程中起到重要作用。本研究选取矮牵牛PhERF2过表达株系(I)、RNA干扰株系(4B)为实验材料，以野生型(WT)为对照，基于涝渍处理0、3 h的转录组测序技术(RNA-Seq)获得差异表达基因数据，利用生物信息学方法分析保守基序及蛋白理化性质、构建系统进化树、进行蛋白高级结构建模、磷酸化修饰位点预测和亚细胞定位分析。结果显示，共筛选出35个涝渍胁迫相关ERF转录因子，均属于AP2亚族，通过与拟南芥及水稻相关基因进行系统进化分析，发现矮牵牛与拟南芥同源性较高。生物信息学分析表明，矮牵牛涝渍胁迫相关ERF转录因子富含酸性氨基酸，热稳定性较高且均属于亲水性蛋白，蛋白二级结构以无规则卷曲为主要组成部分，蛋白质三级结构差异不明显，含有3个保守基序，大多数NAC蛋白定位于细胞核，均含有潜在的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。本研究为后续探究矮牵牛涝渍胁迫相关ERF基因功能提供一定基础。     

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。     

花生NAC转录因子AhNAC2和AhNAC3的克隆及转录特征

NAC转录因子是特异存在于植物中具有多种生物功能的新型转录因子。本实验从花生中克隆了2个NAC基因AhNAC2和AhNAC3(GenBank登录号EU755023和EU755022);蛋白序列分析表明,两者具有典型NAC转录因子特征,N端含有保守NAC结构域。半定量RT-PCR显示,在ABA和GA₃处理,以及控水和低温条件下,AhNAC2和AhNAC3在花生组织中的表达上调,呈现不同的表达模式。AhNAC2和AhNAC3为典型的NAC转录因子新基因,蛋白序列与拟南芥RD26同源性较高,推测与响应干旱和ABA信号有关。     

油棕中果皮MYB转录因子家族的鉴定与表达分析

油棕(Elaeis guineensis Jacq.)是世界上最重要的油料作物之一,其中果皮含有的棕榈油极其丰富。MYB蛋白是一类广泛存在于真核生物中的转录因子,在植物的生长发育中发挥重要调控作用。本研究基于油棕中果皮转录组的测序结果为基础,利用生物信息学对油棕MYB基因家族进行全面鉴定,并对这些基因的结构、保守域和果实发育不同时期动态表达进行研究,解析油棕MYB转录因子在油棕发育过程中的生物学功能。结果发现,本研究中的38个油棕MYB转录因子,包含26个R2R3-MYB型和8个MYB-related型,以及2个3R-MYB型,不包含4R-MYB类型;MYB蛋白编码约200～700个氨基酸,等电点在4.5～9.5之间;亚细胞定位预测结果显示,所有MYB基因均定位于细胞核中;油棕MYB蛋白具有相似的保守基序组成,38个基因主要分布在13条染色体上,含有1到10个外显子数目;油棕MYB转录因子与多个物种的MYB转录因子具有序列同源性和进化亲缘性;表达模式分析发现,MYB家族基因存在差异表达,且具有几种不同的表达趋势。该研究结果为今后油棕MYB转录因子的脂类代谢途径研究以及功能和调控机制提供重要的研究基础。     

甘蔗ScbHLH13基因的RT-PCR克隆与功能分析

bHLH转录因子是植物体内重要的调节因子,对植物的生长发育、次生代谢以及花青素生物合成等方面具有调节作用。本研究以高粱bHLH13(XM＿002440799.2)为探针序列,从甘蔗中通过RT-PCR克隆获得一个ScbHLH13基因,并对其在不同胁迫响应转录组数据中进行表达模式分析,同时对该基因及其所编码蛋白进行了理化性质预测以及系统进化、原生质体亚细胞定位和实时荧光定量PCR表达量分析。结果显示,ScbHLH13所编码蛋白包含586个氨基酸残基,以无规则卷曲和α螺旋为主,亲水且不稳定,呈弱碱性;具有典型核定位信号,无跨膜结构;其序列内包括bHLH-MYC、HLH 2个典型保守结构域,属于bHLH超家族成员。在系统进化中ScbHLH13属于Ⅲ (d+e)类组,与高粱亲缘关系最近。在转录组数据中, ScbHLH13的表达在甘蔗品种ROC22上受低氮胁迫和黑穗病菌侵染抑制,轻微受高粱花叶病毒侵染诱导;而在Badila受低氮、在YC05-179受甘蔗黑穗病菌侵染诱导。亚细胞定位结果显示,在烟草表皮细胞中瞬时表达ScbHLH13定位于细胞核和细胞膜,在甘蔗原生质体瞬时表达ScbHLH13则定位于...     

藜麦NLP转录因子家族的鉴定及表达分析

NLP转录因子是植物特有的一类转录因子家族,在植物氮素吸收、转运和同化过程中发挥重要作用.为了解NLP基因在藜麦中的全基因组特征和表达模式,利用生物信息学方法在藜麦基因组中鉴定出9个藜麦NLP基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域、保守基序、系统进化以及在不同氮素水平处理下的表达模式进行了分...     

樱桃bHLH转录因子家族基因鉴定及表达分析

低温被认为是诱导‘短柄樱桃’花芽休眠解除的关键因子,而花芽如何响应低温并完成积累仍不清楚。植物bHLH转录因子可以响应低温而调控植物生长发育和非生物胁迫过程。研究小组在‘短柄樱桃’花芽转录组文库中发现了30个具有完整开放阅读框的bHLH类转录因子,但其结构特征和低温诱导表达模式仍不清楚。为此,本研究采用生物信息学方法对30个bHLH转录因子的基因结构和氨基酸序列进行分析,发现编码基因的开放阅读框在594~2 190 bp之间,可编码197~729个氨基酸序列。氨基酸保守基序分析发现25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。利用保守域序列构建系统进化树,加入氨基酸序列相似度较高的30个桃bHLH家族成员及26个拟南芥bHLH家族成员,樱桃bHLH转录因子被分为9个亚族,其中第Ⅲ组成员最多,主要涉及ABA的信号转导途径及逆境响应。实时定量表达分析发现,所有基因表达均呈先上升后下降趋势,只是幅度不同,最高点均出现在低温处理192 h,说明30个bHLH转录因子均受低温诱导表达,可能参与低温诱导花芽休眠解除分子调控,但其调控机制还需进一步研究。本研究为探明中国樱桃bHLH转录因子功能提供理论依据。