藜麦GRF转录因子家族的鉴定及表达分析

生长调控因子(growth-regulatingfactor,GRF)是植物特有的一类转录因子,对植物的生长发育起重要的调控作用。藜麦是一种单体植物即可满足人体基本营养需求的食物,也是未来最具潜力的农作物之一。但是关于藜麦GRF基因家族的研究至今尚缺乏报道。因此,本研究利用生物信息学方法,对藜麦GRF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、系统发育关系及组织表达进行分析。结果表明,藜麦中共有18个GRF转录因子,蛋白长度77～621 aa,分子量8.81～67.38 kD,等电点5.23～9.37;每个成员含有1～4个内含子及2～5个外显子,这些GRF蛋白都具有由31～35个氨基酸组成的QLQ保守结构域或由25～43个氨基酸组成的WRC保守结构域。系统进化分析表明,藜麦与拟南芥的GRF转录因子亲缘关系比水稻更近。表达图谱显示,藜麦GRF基因具有明显的组织表达特异性,总体在种子中的表达量较高,其次是在花序和根中,在其他组织中的表达量相对较低。     

藜麦CAT基因家族的鉴定

为探讨过氧化氢酶(Catalase, CAT)在藜麦基因组中的结构和表达特点,分析CAT在藜麦耐受逆境胁迫机制中的作用,本研究从藜麦基因组中鉴定出4个可分为2个亚组的CAT基因家族成员。系统进化树显示藜麦CqCAT基因家族成员的基本特征在单双子叶植物分离之前就已形成。该家族成员的二级结构主要特点为:由α-螺旋和无规则卷曲组成;含20种以上氨基酸,存在10种不同的保守基序。基因启动子区域共预测到响应脱落酸、茉莉酸、水杨酸、低温和干旱等11种相关的顺式作用元件。RNA-seq分析表明该家族成员具有组织特异性表达。RT-qPCR分析表明CqCAT基因受NaCl和干旱胁迫诱导表达,同时CAT酶活性也表现为上调。推测藜麦CqCAT基因可能参与多种胁迫的响应过程,其高表达可能提高藜麦的耐盐能力,研究结果可为进一步研究藜麦CqCAT基因家族的功能提供依据。     

菜豆TIFY基因的全基因组鉴定与系统进化分析

TIFY蛋白是植物特异性转录因子,在植物生长、发育和基因调控中具有重要作用。尽管部分菜豆TIFY基因被鉴定与研究,但从基因组水平剖析TIFY基因家族的研究未见报道。结合基因组和转录组学数据,本研究系统剖析了菜豆TIFY基因家族的序列、选择、表达及进化特征。结果显示:18个PvTIFY基因散落分布在9条染色体上,共线性鉴定出6对片段重复基因和1对串联重复基因,同时这些基因被分为6大类群;序列分析表明,菜豆TIFY基因有12种基因结构模式,但有5种保守基序组成模式,这说明保守基序模式更保守;选择压力检测显示,同源基因对均受到负选择作用,显示较高的保守性;表达分析揭示了菜豆TIFY家族基因具有多样化的表达模式,其中同源基因对表达模式发生趋异现象。这些结果为深入研究菜豆TIFY蛋白的生理功能提供了参考。     

棉花TCP家族转录因子基因GhTCP1的克隆与表达分析

通过比对拟南芥、金鱼草、水稻和玉米等植物中已知TCP家族转录因子的氨基酸序列,根据保守区设计兼并引物,以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)品种新陆早13号的DNA为模板,获得棉花转录因子基因GhTCP1的中间保守区序列。根据该段序列设计特异性引物,采用5'和3'RACE技术获得了全长cDNA序列,编码397个氨基酸。基因组DNA序列分析表明,GhTCP1基因含有一个内含子。棉花GhTCP1蛋白与其它植物中的TCP家族转录因子有较高的相似性,证明该基因在进化过程中是相当保守的。半定量RT-PCR表达分析结果显示,该基因在棉花的侧芽中特异表达。     

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。     

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。     

全基因组鉴定和表达模式分析玉米AP2转录因子

AP2属于AP2/ERF转录因子家族中的一个亚族,其主要特征是具有2个独立的AP2/ERF结构域。本研究利用生物信息学的方法在玉米基因组中鉴定到22个玉米AP2转录因子,并对其理化性质、基因结构、保守基序、系统进化关系和表达模式进行了分析。结果表明,玉米AP2家族成员的理化性质差异较大,且都属于亲水性蛋白。系统进化分析表明玉米AP2家族基因被分为euANT、baselANT、euAP2三个亚组,相同亚组的基因具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现玉米AP2家族基因中不存在基因串联重复事件,只存在两对片段复制事件,同时结果表明禾本科AP2家族基因之间具有很好的共线性关系。表达模式分析发现ZmAP2基因广泛参与植物的生长发育。转录组数据分析发现,在盐胁迫下一共鉴定到16个ZmAP2基因。本研究为进一步研究玉米AP2转录因子家族的生物学功能提供了科学依据。     

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。     

香蕉TCP家族的全基因组鉴定及对低氮胁迫的响应

TCP(Teeosinte branchedⅠ,Cycloidea,Proliferating cell fatcors 1和2)是含有一个高度保守非典型的bHLH(basic-Helix-Loop-Helix)保守结构域的植物特有转录因子基因家族之一,参与调控植物生长发育和非生物胁迫响应等生理过程。为了探究香蕉(Musa acuminata)TCP基因家族对低氮胁迫的响应,本研究从全基因组的分布、蛋白质理化性质、保守结构域等生物信息学方面阐述了香蕉MaTCPs基因家族成员的基本特征,并且对香蕉叶片和根在低氮胁迫下的MaTCPs基因家族成员的表达模式进行了分析。结果表明,香蕉TCP转录因子家族共包含48个成员,可分为ClassⅠ(PCF)和ClassⅡ(CYC/TB1和CIN)两个亚家族,所有成员均定位于除Chr.09和chrUn_random以外的染色体上,且存在多个串联重复基因对。在低氮胁迫下,香蕉MaTCPs基因家族大部分基因表达量上调,且在不同的组织中表达模式不同。同一亚家族基因在根和叶中表现出一致的表达模式。这些结果表明Ma TCPs家族成员可能参与了香蕉对于低氮胁迫的响应。本研究将为香蕉低氮胁迫的机制研究和香蕉TCP转录因子家族的功能分析提供理论基础,为香蕉抗逆育种提供参考。     

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。     

MADS转录因子对植物发育的重要作用

<正>转录因子通过与相关蛋白互作在转录水平上调控下游基因的表达,实现对植物生长期生理生化过程的调节。大量实验证实,MADS转录因子对与籽粒相关基因有调控作用。1990年,科学家在金鱼草植物中首先发现MADS-box转录因子,其后MADS转录因子得到了广泛研究。植物的MADS转录因子族基因有2个保守结构域,MADS-box和K-box,被分为3个亚家族,基因广泛存在于植物器官中,尤其在花期的花器官中有大量的表达。大量研究表明,MADS基因与植物开花时间、花期、花序结构、植株结构、籽粒大小、雄性不育等生长发育过程都有关,其中玉米的ZMM19基因与大颖片包裹玉米的     

藜麦DAPB基因丰度及生物信息学分析

二氢砒啶二羧酸还原酶(DAPB)是赖氨酸合成途径中的一个重要酶,在蛋白质和细胞壁的合成中起着重要作用。本研究基于KEGG总数据库分析表明,藜麦中DAPB的基因拷贝数远高于水稻、玉米及大豆等作物。对藜麦基因组数据筛选得到4个DAPB基因成员,均属于碱性蛋白质,氨基酸序列长度约330 bp,分子量为36.623~36.880 k D,等电点(p I)为5.79~6.01,最大疏水系数为0.028~0.123,为疏水性蛋白,亚细胞定位于细胞质中,不存在跨膜区。4个DAPB基因之间的Ka/Ks值均小于0.5,表明该基因在进化过程中比较保守。系统进化分析发现,藜麦DAPB家族成员位于同一个亚家族,且与菠菜的亲缘关系较近。启动子顺式作用元件分析结果显示,DAPB家族除含有TATA-box和CAAT-box以外,还含有多个参与激素响应、光照、低温及其它应激反应相关的顺式作用元件和转录因子结合位点,暗示藜麦DAPB家族成员可能参与以上多种响应。本研究分析了藜麦DAPB基因的拷贝数并对DAPB进行了生物信息学分析,可为进一步了解DAPB基因家族的生物学功能提供参考。     

植物抗逆相关ERF转录因子研究综述

植物在它的生命周期中要经历各种逆境胁迫。植物许多胁迫相关基因的表达主要受特定转录因子在转录水平的调控。ERF转录因子家族参与植物的生物胁迫和非生物胁迫的应答,是同植物抗逆应答密切相关的一类转录因子大家族。它们通过识别不同的顺式元件,调节多种功能基因的表达,调节植物抗性应答。综述简要介绍ERF转录因子及其相关顺式作用元件。阐述植物ERF转录因子家族在植物抗逆应答中的功能。     

番茄SBP基因家族的全基因组鉴定、结构特征及表达分析

SBP基因家族是植物中一类特有的转录因子家族,广泛参与植物的生长发育以及各种生理生化反应的信号传导。为了揭示番茄SBP基因家族的功能,本研究利用全基因组信息鉴定番茄SBP转录因子家族,分析其结构特征,系统发育关系以及表达模式。结果表明,番茄全基因组共编码17个SBP转录因子成员,分布在8条染色体上;系统发育关系表明SBP基因家族的结构特征变异发生在番茄、拟南芥和水稻分化之前;且它们在番茄、拟南芥和水稻中按照物种特异性的方式进行了扩张。不同芯片分析发现,SlSBP03基因在番茄叶片、子叶和下胚轴中表达量较高,SlSBP13基因果肉中表达量较高,这两个基因在果皮和根中表达量都较低;在大多数非生物胁迫处理条件下,SlSBP11、SlSBP13和SlSBP16的表达量均较低;而SlSBP01基因在干旱和热处理条件下有较高的表达量。     

藜麦FAD2基因鉴定及生物信息学分析

脂肪酸去饱和酶(FAD2)是植物亚油酸合成途径中的关键酶,在植物不饱和脂肪酸合成中起着重要作用。本研究基于藜麦基因组数据库,筛选得到3个FAD2基因成员,包含有典型的脂肪酸去饱和酶结构域。通过生物信息学分析,FAD2蛋白等电点(pI)为8.89～8.97,均属于碱性蛋白质,氨基酸序列长度在369～382之间,分子量范围为44.09～44.62 kD,为亲水性蛋白,亚细胞定位于内质网中。系统进化树分析表明,藜麦FAD2基因家族成员处于同一个亚支,与大豆的亲缘关系最近。启动子元件分析结果显示,FAD2基因启动子含有多个参与干旱、低温、光照、抗逆以及多种激素响应的顺式作用元件和转录因子结合位点,暗示藜麦FAD2家族成员参与多种防御和应激反应。本研究通过生物信息学分析了FAD2基因家族,对进一步研究FAD2基因的功能提供参考。     

玉米Dof转录因子的全基因组鉴定和表达模式分析

为了研究玉米中Dof转录因子家族功能,本研究利用生物信息方法,在全基因组水平对玉米Dof转录因子进行鉴定,并对其理化性质、系统进化、保守结构域、共线性和表达模式进行了系统分析。结果表明,共有46个玉米Dof转录因子被鉴定到,它们不均等分布在9条染色体上。多序列比对发现所有的ZmDof均具有1个保守的C2-C2单锌指结构域。系统进化分析将Dof分为4个亚组,其中亚组I和III是最大的亚组,均包含有30个水稻、拟南芥、玉米Dof转录因子。共线性分析发现ZmDof与二穗短柄草、水稻、高粱Dof基因分别组成了22、37、37对共线性基因对,说明它们具有很好的基因共线性关系。表达模式分析发现所有的ZmDof基因表现特异性表达,说明它们在植物生长发育阶段发挥着重要作用。本研究结果为进一步分析玉米Dof转录因子家族的功能提供了重要依据。     

马铃薯全基因组StbZIP基因家族的鉴定及在不同逆境中的表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是一种广泛存在于植物中的保守转录因子，其家族成员数目是植物中最丰富的转录因子家族之一。为了解马铃薯StbZIP基因家族的相关信息，本研究通过生物信息学的方法，在二倍体马铃薯‘DM’全基因组中鉴定64个马铃薯StbZIP家族成员，命名为StbZIP1～StbZIP64。通过分析发现，马铃薯StbZIP家族成员不均匀地分布在12条染色体上。生物信息学分析表明，家族成员蛋白长度为132～822 aa，分子量介于15.40～88.18 kD之间，等电点4.74～10.30。系统发育树分析显示，该基因家族可分为11个亚群，其基因主要分布在第1、4和10号染色体上。基因结构和保守基序分析发现，各亚族成员间具有相似的保守基序和进化的保守性。表达模式分析发现，11个亚族内部呈现出响应不同非生物胁迫的表达模式，其中有8个亚族基因都在ABA胁迫24 h时表达量发生显著升高。这些结果为阐明StbZIP基因家族的进化和进一步研究StbZIP基因的功能提供了理论指导。     

水稻转录因子bHLH家族基因响应环境胁迫表达谱分析

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最大的家族之一。本研究以水稻日本晴为材料,在苗期进行PEG模拟干旱胁迫和ABA（abscisicacid）处理,采用荧光定量PCR方法,比较分析干旱胁迫差异表达的22个候选bHLH家族基因在PEG和ABA处理下的不同时间梯度的表达谱。结果表明大部分候选基因的PEG胁迫表达谱与干旱胁迫表达谱一致,验证了芯片结果的可靠性;而在ABA处理下的大部分bHLH基因表现为抑制表达,部分基因的表达谱与干旱或PEG胁迫表达谱明显不同,推测这些bHLH基因参与PEG和ABA胁迫应答的具有相同或不同的分子路径或模式。研究结果对进一步克隆这些基因及分析其在植物生长发育过程中的分子调控模式打下了基础。     

大豆MYB转录因子基因GmMYBJ6和GmMYBJ7的克隆及表达分析

MYB转录因子以保守的DNA结合域为共同特征, 是植物最大的转录因子家族之一, 广泛参与植物代谢调控。本文根据植物中MYB转录因子的DNA保守结构域, 通过RT-PCR和RACE的方法从大豆品种吉林3号的叶片中分离得到了2个MYB基因GmMYBJ6和GmMYBJ7, 并对其结构特征和表达特性进行了分析鉴定。基因组DNA序列分析表明, 两个基因都含有两个内含子; 酵母系统检测表明, 两个基因均具有转录激活活性; β-半乳糖甘酶活性分析表明, 内含子的存在使两个基因的转录激活活性明显降低; 实时荧光定量PCR检测结果显示, GmMYBJ6在大豆中的表达受ABA、GA3和NAA的诱导, 而GmMYBJ7的表达则受ABA和NAA的诱导; 半定量RT-PCR分析表明, 两个基因在大豆的根、茎、叶、花和未成熟种子中均有表达。GmMYBJ6和GmMYBJ7为典型的R2R3-MYB转录因子新基因; 他们在大豆中的表达可能与ABA和NAA的信号转导途径有关。     

大豆MYB转录因子基因GmMYBJ6和GmMYBJ7的克隆及表达分析

MYB转录因子以保守的DNA结合域为共同特征, 是植物最大的转录因子家族之一, 广泛参与植物代谢调控。本文根据植物中MYB转录因子的DNA保守结构域, 通过RT-PCR和RACE的方法从大豆品种吉林3号的叶片中分离得到了2个MYB基因GmMYBJ6和GmMYBJ7, 并对其结构特征和表达特性进行了分析鉴定。基因组DNA序列分析表明, 两个基因都含有两个内含子; 酵母系统检测表明, 两个基因均具有转录激活活性; β-半乳糖甘酶活性分析表明, 内含子的存在使两个基因的转录激活活性明显降低; 实时荧光定量PCR检测结果显示, GmMYBJ6在大豆中的表达受ABA、GA3和NAA的诱导, 而GmMYBJ7的表达则受ABA和NAA的诱导; 半定量RT-PCR分析表明, 两个基因在大豆的根、茎、叶、花和未成熟种子中均有表达。GmMYBJ6和GmMYBJ7为典型的R2R3-MYB转录因子新基因; 他们在大豆中的表达可能与ABA和NAA的信号转导途径有关。