空心菜WRKY基因家族成员鉴定与表达分析

为了更好地了解植物特有的WRKY转录因子在调控空心菜(Ipomoea aquatica)花青素生物合成途径中的作用,利用课题组前期发表的高质量基因组数据,对空心菜WRKY基因家族成员(IaWRKY)进行了全基因组鉴定与表达分析。结果显示,空心菜拥有82个IaWRKY基因。其中,80个IaWRKY基因可以分为3组(Ⅰ组,Ⅱ组和Ⅲ组)。另有2个IaWRKY基因(IaWRKY10和IaWRKY75)没有与拟南芥WRKY基因(AtWRKY75)聚类在一起。此外,Ⅱ组可以进一步分为5个亚组。motif分析显示,同一亚组的IaWRKY蛋白具有相似的motif分布模式。基因结构分析显示,大多数IaWRKY基因拥有3个外显子。染色体定位分析显示,IaⅢWRKY基因不均匀分布在15条染色体和4条Scaffold上。启动子序列分析显示,IaWRKY基因具有多种顺式作用元件。RNA-seq与RT-qPCR结果分析显示,IaWRKY26基因在紫色茎秆空心菜中的转录本丰度是绿色茎秆空心菜中的30倍以上。本研究为探索植物花青素合成机理提供了重要的基因资源。     

谷子TCP基因家族成员序列特征及表达模式分析

为深入解析谷子TCP基因家族的功能,通过生物信息学方法对谷子TCP转录因子家族基因成员序列特征、基因结构、染色体定位、系统进化关系及表达模式进行分析。结果表明:除第8染色体之外,从谷子基因组上其余8条染色体中共鉴定出26个TCP家族成员,并根据其在染色体的顺序和位置先后进行命名,其中分布在第3和第5染色体上的TCP家族成员数量最多,高达5个。不同家族成员其编码的氨基酸残基数目具有明显差异,范围为95 aa^451 aa。其中SiTCP21基因编码氨基酸残基数目最少为95个氨基酸;而SiTCP15最多为451个氨基酸残基。26个TCP家族成员的蛋白结构中均含有bHLH保守结构域。基因表达分析结果表明,31%的成员在穗中的表达量明显高于其他组织,因此推测该基因家族可能对谷子穗部生长发育的调控起关键作用。本研究对深入研究Si TCPs家族基因的功能奠定了基础,也为谷子生长发育的调控机制提供了新的思路。     

白菜GRF转录因子家族全基因组鉴定、进化及表达模式分析

生长调控因子是植物中一类重要的转录因子,在白菜的生长、发育过程发挥重要作用。本研究利用生物信息学技术对白菜全基因组中的GRFs进行鉴定与分析,利用生物信息学方法分析白菜基因组中的15个GRF转录因子的蛋白质理化性质、基因结构、保守基序等,进一步研究其系统进化和表达模式。结果表明,15个BraGRF蛋白长度为347～538 aa,分子量为37.99～60.83 kD;保守基序motif 1、motif 2、motif 3是GRF蛋白中最保守的基序,BraGRF02、BraGRF03、BraGRF04、BraGRF11和BraGRF13是15个白菜GRF家族中活跃度最低的成员。白菜、拟南芥和水稻的GRFs可分为4个亚类,且同属于双子叶植物的白菜和拟南芥GRF转录因子亲缘关系更近;GRF家族成员在角果和茎中表达水平较高,其中Bra000575 (BraGRF08)和Bra011781 (BraGRF09)这2个基因在茎组织中的表达活性最高。通过对白菜GRF基因家族的生物信息学分析,揭示了白菜GRF转录因子在进化中的特点以及不同组织的表达特性,为后续进一步了解白菜GRF功能验证提供依据。     

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 Factors1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...     

植物磷酸蔗糖磷酸酶家族基因鉴定及序列和进化分析

磷酸蔗糖磷酸酶(sucrose phosphate phosphatase,SPP)是蔗糖合成途径中的关键酶;二磷酸尿苷葡萄糖和6-磷酸果糖为底物,蔗糖磷酸合成酶催化生成磷酸蔗糖,磷酸蔗糖在磷酸蔗糖磷酸酶作用下水解形成蔗糖。为了系统梳理SPP在植物基因组中的状况,我们对SPP基因进行了全面的挖掘、鉴定和进化分析,并重点分析该基因在番茄中的表达。首先,针对SPP的基因序列,挖掘得到2个蛋白结构域;其次,对该基因进行全面鉴定,构建其进化树,可发现SPP是从高等植物开始登陆的;最后,将番茄CDS序列比对到各探针,从数据库中提取组织中的表达数据,表明野生型番茄的表达量较高。本研究为磷酸蔗糖磷酸酶提供了基因信息,为植物中蔗糖合成途径的作用机理及其进化机制提供了基础研究。     

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。     

蓖麻GRF转录因子家族生物信息学鉴定及表达分析

GRF是植物特有的转录因子,主要参与调控植物生长发育过程.本研究利用生物信息方法对蓖麻GRF (RcGRF)基因进行全基因组鉴定,并对其理化性质、基因结构、保守结构域、系统发育、组织表达分析以及外源赤霉素(GA)和多效唑(PAC)处理两个蓖麻品种(高杆'滇蓖2号'和矮杆'滇蓖5号')后顶端嫩茎转录组测序分析.结果 表明,蓖麻共有9个GRF转录因子,蛋白长度233～617 aa,等电点(pI)为6.34～9.48,每个成员含有2～4个内含子,每个RcGRF的蛋白结构域均包括一个由39～43个氨基酸组成的WRC保守结构域和一个由34个氨基酸组成QLQ保守结构域.系统发育分析表明蓖麻与拟南芥GRF的亲缘关系比水稻更近.不同组织表达结果表明多数RcGRF基因在发育的胚乳及萌发的种子中高表达,而RcGRF2在叶片、雄花和萌发的种子中都不表达.GA和PAC处理转录组测序结果显示GA处理DB2 RcGRF1、DB2 Rc GRF17下调表达,GA处理DB5 RcGRF1、DB5 RcGRF4下调表达,PAC处理DB2 RcGRF4、DB2 RcGRF6上调表达、RcGRF9下调表达,表明RcGRF1、RcGRF4、RcGRF7、RcGRF9可能通过赤霉素途径调节植物株型.本研究为蓖麻GRF基因对生长发育调控机理研究奠定分子基础,为调控蓖麻株高相关基因的研究提供科学依据.     

植物UDP-葡萄糖焦磷酸化酶家族基因鉴定及序列进化分析

UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UDP glucose pyrophosphorylase, UGP)是糖代谢合成途径中的一个关键酶。UGP以葡萄糖-1-磷酸和尿苷三磷酸为底物,催化反应生成尿苷二磷酸葡萄糖和焦磷酸,直接参与了植物糖代谢的生物合成。为了系统梳理UGP在植物基因组中的状况,我们对其基因进行了全面的鉴定和进化分析,并重点考察该基因在番茄中的表达。首先,我们针对UGP的基因序列,鉴定得到其保守结构域,在此基础上对相关基因进行了全面鉴定,从而构建了其进化树;其次,将番茄CDS序列比对到各探针,从而从数据库中提取组织中的表达数据;最后,通过结构域鉴定,进化树和表达量的分析,得出UGP在植物中的生物合成的机理。本研究为UDP-葡萄糖焦磷酸化酶提供了基因信息,为植物中糖代谢生物合成途径的作用机理及其对蔗糖合成的影响相关基因进化机制的研究提供帮助。     

植物热激转录因子在非生物逆境中的作用

非生物逆境通常导致生物体内蛋白变性。热激蛋白(Hsp)作为分子伴侣协助蛋白的重新折叠、稳定、胞内运输和降解,以阻止受损蛋白的累积,维护细胞内环境的稳定。而热激蛋白的表达是通过热激转录因子(Hsfs)结合于热激蛋白基因的启动子的热激元件上(heatshockelement,HSE),以募集其它转录因子而形成转录复合体,促进热激蛋白基因的表达。植物热激转录因子比动物系统更为多样性。根据其基本的结构域,植物热激转录因子可分为三类:HsfA、HsfB、HsfC。A类Hsfs已有大量深入的研究和报道,特别是在番茄方面。HsfB和HsfC的作用尚不清楚。在其复杂的网络中,每一热激转录因子均有其独特的作用,取决于其表达模式、亚细胞定位、聚合化、活性及与其他蛋白的相互作用。在非生物逆境,尤其是热激逆境下,A类热激转录因子在调节热激蛋白的表达起着重要作用。番茄的HsfA1起着主导作用,其缺失无法被其他相近的Hsfs所取代,但在持续热逆境下,在HsfA1的配合下,HsfA2可成为主要调节因子。B类热激转录因子可作为A类Hsfs的阻抑蛋白。然而,基于对不同的单个突变体的研究,以及对酵母Hsf1致死突变体的拯救恢复,一些热激转录因子的作用又是丰余的。此外,热激蛋白也对热激转录因子起负反馈调节作用。     

玉米热激蛋白基因ZmHSP90-1的克隆及表达分析

HSP90是普遍存在于原核和真核细胞中的一种高度保守的分子伴侣。本研究从玉米中克隆了一个HSP90同源基因, 命名为ZmHSP90-1基因, 并对其进行了初步的序列分析。该基因cDNA序列全长2 371 bp, 开放阅读框2 094 bp, 编码697个氨基酸, 蛋白质分子量约79.98 kD。蛋白结构预测及同源比对分析表明, ZmHSP90-1基因编码蛋白含ATPase位点和HSP90保守结构域, 并与拟南芥、水稻等多种物种的热激蛋白高度同源; 进化树分析表明ZmHSP90-1与拟南芥AtHSP90.1基因关系较近, 蛋白序列相似性达88.3%。目的蛋白亚细胞定位显示, ZmHSP90-1蛋白在细胞质中表达。实时荧光定量PCR分析表明, ZmHSP90-1对非生物胁迫高温、高盐、ABA、低温、干旱均具有明显的应答反应。推测ZmHSP90-1是玉米的一个胁迫相关基因。     

梭梭热激因子家族基因HaHsfA5的鉴定及其在高温胁迫记忆中的表达

植物能够对经历过的高温胁迫产生"胁迫记忆",从而更好地适应反复发生的高温胁迫。鉴定梭梭热激因子基因HaHsfA5序列和结构特征,分析其在梭梭幼苗高温胁迫记忆中的表达规律,对梭梭高温胁迫适应性研究有重要理论价值。本研究内容包括:以反转录PCR克隆HaHsfA5读码框全长序列;以在线生物信息学工具预测HaHsfA5的蛋白理化参数、蛋白结构域和基元;进行HaHsfA5的序列比对和进化树分析;以qRT-PCR分析HaHsfA5在高温胁迫记忆中的表达。生物信息分析显示HaHsfA5为分子量较小、不稳定、亲水的HSFs家族A亚族蛋白,与甜菜、菠菜、藜麦的Hsf A5有较近亲缘关系。qRT-PCR分析显示经过高温胁迫锻炼的梭梭幼苗在高温胁迫处理下HaHsfA5表达显著上调,而正常条件下生长的梭梭幼苗在高温胁迫处理下其表达并未显著上调。综合Ha HsfA5的结构特征和表达规律,提示HaHsfA5功能可能与梭梭幼苗的高温胁迫记忆有关。本研究为进一步分析Ha Hsf A5在梭梭幼苗高温胁迫记忆中的功能提供研究基础,对梭梭耐高温品系选育和耐逆机制研究可能具有推动作用。     

热激转录因子在植物胁迫应答和生长发育中的作用

由于其固有的生长方式,植物常常会面临诸如干旱、盐碱、极端温度和病虫害等不利因素的影响,因此,植物在漫长的进化过程中发展出一套精巧的调控机制来应对自然界中的各种环境和生物胁迫,并维持其正常的生长发育。植物基因表达的分子调控网络十分复杂,包括转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平等多个层次。转录因子介导的转录水平上的调控对于基因表达调控发挥着至关重要的作用,转录因子与靶基因启动子区的顺式元件相互作用来调控下游基因的表达。热激转录因子(heat shock factor,HSF)是真核生物中广泛存在的一类转录因子,通过识别热激元件(heat shock element,HSE)调控基因表达,从而参与植物的各种生命活动。植物HSF数量众多、功能多样、调控机制复杂精巧,不仅能够影响植物对高温、干旱、重金属等胁迫的抗性以及植物的抗病性,还参与了对植物配子形成和根发育等过程的调控。本综述归纳了植物中HSF的基本结构和分类、HSF受到的调控,重点介绍了HSF在应答各种胁迫条件和调控植物生长发育中的研究进展,并对植物HSF研究中有待进一步阐明的问题进行了探讨和展望,以期为植物的抗逆性改良和分子育种中潜在候选基因的选择提供参考依据。     

苹果矮化砧木GA20氧化酶基因的克隆及其表达分析

为了研究GA20氧化酶基因在苹果矮化砧木中的分子特征和表达特征,利用RT-PCR方法从苹果矮化砧木2号和36号c DNA中克隆了GA20氧化酶基因(GA20ox1),并对该基因及其编码氨基酸序列以及在不同时期砧木及嫁接品种中的表达分别进行了分析。结果表明,GA20ox1基因c DNA编码序列长1 179 bp,推导编码393个氨基酸(包括终止密码子),预测蛋白相对分子质量44.3 k Da,理论等电点5.89,编码的蛋白质包含GA20ox1基因家族所具有的特征保守结构域,系统进化分析表明该蛋白序列与苹果SH40的同源性达到96.9%。实时荧光定量PCR分析显示:36号砧木在6月份GA20ox1基因表达强度显著低于八棱海棠对照,而7-8月份的均显著高于对照,其上嫁接的品种7月份表达强度显著低于对照。在7-8月份2号砧木及嫁接品种GA20ox1基因的表达强度均显著低于对照。     

乌拉尔图小麦WRKY转录因子的筛选与分析

WRKY转录因子广泛参与植物抗逆胁迫反应,全面分析挖掘小麦A染色体组供体物种乌拉尔图小麦中的WRKY转录因子,对进一步挖掘分析六倍体小麦WRKY转录因子的分子功能具有重要意义。本研究通过生物信息学分析,在乌拉尔图小麦基因组数据中鉴定得到62条全长WRKY转录因子,其中14条能被准确定位在染色体上,并发现2对WRKY转录因子发生了复制;通过进化树分析,发现62条WRKY转录因子被分为8个小亚族,且小亚族内部的基因结构相对保守。通过荧光定量分析所选基因在非生物胁迫下的表达模式,筛选到2条在不同非生物胁迫下均上调表达的WRKY转录因子,为进一步分析其功能打下基础。     

番茄NAC转录因子SlNAC80的克隆及表达分析

为进一步明确该基因的分子特征及表达特性,通过RT-PCR从番茄中克隆了低温响应NAC转录因子SlNAC80,该基因开放阅读框1 023 bp,编码340个氨基酸。Sl NAC80蛋白相对分子量为38.19 k Da,等电点为5.27,N-端具有典型的NAC保守结构域,包含A、B、C、D、E 5个亚结构域。实时荧光定量PCR(q PCR)分析表明,Sl NAC80在番茄各组织中均有表达,以在绿果和衰老叶中的表达量最高,在红熟果中的表达量最低。对启动子区序列进行预测分析发现,Sl NAC80启动子区含有许多响应激素(ABA、GA、SA及ETH)和逆境(低温、脱水及盐胁迫)的顺式作用元件,如ERELEE4、GARE1OSREP1、LTRE1HVBLT49、GT1GMSCAM4、MYB1AT、MYCATERD1、MYCATRD22、WBOXNTERF3及WRKY71OS等。q PCR分析结果也证实该基因的表达受低温、干旱、高盐、甲基紫精、ABA及乙烯处理诱导。这些结果表明,Sl NAC80可能在番茄非生物逆境应答中发挥重要调控作用。