小麦GRAS基因家族的全基因组鉴定与分析

GRAS基因是一类转录因子基因,在植物的生长和发育中起关键作用。本研究利用最新的小麦基因组数据,对小麦GRAS基因进行了全基因组鉴定和分析。结果从小麦中鉴定出153个GRAS基因,这些基因不均匀分布在小麦21条染色体上。系统发育分析将这些基因分为12个亚家族,片段复制和串联重复是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白质序列分析发现不同亚家族间氨基酸数目、分子量存在一定差异;二级结构预测表明,小麦GRAS基因的氨基酸序列均以α-螺旋、随机卷曲为主要组成部分。通过对小麦GRAS基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达分析发现,GRAS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,表明GRAS基因具有组织或器官表达特异性,且可能在对逆境胁迫的响应中起重要作用。这些结果为进一步研究小麦GRAS基因的功能奠定了基础。     

小麦LACS基因家族的全基因组鉴定与表达分析

长链酰基辅酶A合成酶(long-chain acyl-coenzymeA synthetase, LACS)在脂肪酸代谢、角质层角质和蜡的合成中发挥着重要作用。为研究小麦中LACS基因的特征,以中国春为材料,进行全基因组鉴定和分析。结果共鉴定出148个小麦LACS基因(TaLACS),不均匀分布于21条染色体上,且有成簇分布的现象,编码蛋白大部分为中性、亲水的水溶性蛋白,性质稳定。系统进化分析结果显示,148个TaLACS基因聚为6组,有55对旁系同源基因。表达谱分析表明,TaLACS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,说明TaLACS基因具有组织特异性,在抗低温、干旱和赤霉病过程中TaLACS基因发挥重要作用。该家族中含有响应低温、干旱和脱落酸元件的基因分别占34.9%、46.0%和85.8%,揭示TaLACS基因参与生物胁迫和非生物胁迫过程。     

小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运,在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能,本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员,并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员,所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现,小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近;除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外,其余小麦PHO蛋白均具有完整基序,且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构,说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现,小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA＿seq数据的组织特异性分析发现,大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现,低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分(根) TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。     

茶树NUDIX基因家族的鉴定及表达分析

NUDIX水解酶属于焦磷酸酶,在信息传递、植物生长协调和响应逆境胁迫等方面起着重要作用。基于茶树(Camellia sinensis)基因组鉴定出43个NUDIX家族基因,并运用生物信息学和实时荧光定量PCR等方法对其分析。结果表明,43个CsNUDXs蛋白质分子量介于11.8～89.2 kDa,氨基酸长度为102～342个,理论等电点为4.49～9.26,18.6%的蛋白为稳定性蛋白;根据进化关系将CsNUDXs分为6个亚家族;启动子顺式作用元件分析发现CsNUDXs具有许多与激素响应、逆境胁迫和生长发育等调控相关的作用元件;对CsNUDXs家族基因在不同器官表达模式进行分析,发现CsNUDX3、CsNUDX7在果实中表达量较高,而CsNUDX22、CsNUDX25在果实中表达量极低,CsNUDX30在老叶中表达量极低;不同处理组的实时荧光定量PCR结果表明,1 mmol·L^-1茉莉酸甲酯(MeJA)处理下CsNUDX1、CsNUDX2和CsNUDX33等表达量呈现先升后降再升的趋势,而1 mmol·L^-1水杨酸(SA)处理下CsNUDX4...     

龙眼类受体蛋白激酶CRK家族全基因组鉴定及表达调控分析

为了解龙眼富含半胱氨酸的类受体蛋白激酶（cysteine-rich receptor-like kinase,CRK）家族的基本特征与功能,本研究采用生物信息学分析方法对筛选出的98个龙眼CRK基因家族的成员进行分析鉴定,包括分子进化树的构建和对蛋白结构域及其特性、启动子及其顺式作用元件、体胚发生的过程以及组织器官特异性表达的分析。结果显示：通过对龙眼和拟南芥CRK基因做进化树分析,可根据亲缘关系的远近将其分为7个亚家族;不同亚家族成员的蛋白质特性（氨基酸数量、相对分子质量、等电点、信号肽及糖基化位点）有所不同;各成员基因结构特性,启动子顺式作用元件,蛋白结构域特性等与进化树中家族成员亲缘关系的远近相关;98个CRK家族成员在体胚发生过程（NEC、EC、ICpEC、GE）以及生长发育过程中组织器官特异性表达情况有所不同,其中在非胚性愈伤组织以及幼果中表达量较高,在种子和果实中几乎未表达。此外,富含半胱氨酸的类受体蛋白激酶在生物胁迫、非生物胁迫（抗病虫害、抗旱、抗寒、抗盐胁迫等）以及在植物生长发育过程中起着重要作用。     

小麦TCP基因家族的全基因组鉴定和对热胁迫的响应

TCP是植物发育调控的重要转录因子。为了挖掘小麦TCP基因的功能,本研究利用生物信息学方法和qRT-PCR技术,对小麦TCP基因家族进行全基因组鉴定和在热胁迫下的表达分析。全基因组鉴定结果表明,普通小麦品种中国春中存在58个非冗余的TaTCP基因。根据与AtTCPs和OsTCPs的系统发育分析,在小麦中分别有26个PCF、20个CIN和12个CYC/TB1聚类。进一步预测TaTCP基因在达尔文进化下的压力选择,发现除了TaTCP16-A相对于乌拉尔图小麦中直系同源基因是正向选择,其他基因都是纯化选择的过程。利用在线RNA-seq数据分析TaTCPs基因在5种组织器官中与冷、热和干旱胁迫下的表达图谱,结果显示,小麦TCP基因在不同的组织和胁迫中存在差异表达。最后,通过qRT-PCR技术检测12个不同发育阶段的小麦叶片在短期热胁迫下TaTCP5部分同源基因的表达水平,结果表明,在35℃下处理1h,TaTCP5-D的相对表达量在拔节期、拔节后期、孕穗前期和抽穗期都有明显的上调,这些结果为进一步研究TaTCP基因的功能奠定了良好的基础。     

玉米LysM基因家族的全基因组鉴定及表达模式分析

为揭示LysM基因家族在玉米生长发育及抗病中的作用,利用生物信息学方法对玉米LysM基因家族成员进行鉴定,并对其蛋白理化性质、亚细胞定位、系统发育关系、基因启动子区的顺式作用元件、组织表达以及大斑病菌侵染过程中的表达模式进行分析。结果表明,在玉米中共存在11个ZmLysM家族成员。通过生物信息学分析发现,ZmLysMs蛋白在质膜、叶绿体、胞外均有分布;ZmLysMs成员与单子叶植物水稻和小麦具有较近的亲缘关系;ZmLysMs成员的启动子序列存在多个激素响应、逆境胁迫响应和光响应元件;10个ZmLysMs成员在不同组织中表达,其中ZmLysM1、ZmLysM4和ZmLysM6呈组成性表达模式,ZmLysM10只在根组织中表达。ZmLysM2、ZmLysM6和ZmLysM7在玉米大斑病菌侵染后差异表达,推测其可能在响应大斑病菌侵染过程中发挥作用。     

茶树DNA去甲基化酶基因的全基因组鉴定及表达分析

DNA去甲基化酶(dMTase)是主动去甲基化过程中具有糖基化酶和脱嘌呤裂合酶活性的双功能酶.基于茶树基因组数据,本研究利用生物信息学方法对茶树DNA去甲基化酶(CsdMTase)编码基因进行了全面鉴定和序列分析.全基因组鉴定结果表明,舒茶早基因组中包含4个CsdMTases,系统进化分析将CsdMTases分为DME...     

普通小麦DREB基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

DREB基因家族在调控植物生长发育和响应多种逆境胁迫中起着至关重要的作用。为了全面分析小麦中DREB基因家族成员的特性,为小麦DREB家族基因的发掘和利用提供参考,本研究采用生物信息学方法进行了全面的全基因组范围搜索,共获得了204个TaDREB基因。利用系统发育分析将其分为6个亚组,并进一步进行了染色体定位、基因结构和保守蛋白基序以及基因复制事件分析,系统研究了这些TaDREB基因的进化特征。此外,基于同源性分析的方法,构建了小麦DREB基因与其他基因之间的调控网络,鉴定到13个参与网络调控的TaDREB基因,并确定了179对互作关系。通过分析现有的RNA-seq数据,研究了TaDREB在不同组织和不同逆境胁迫下的表达情况,并鉴定到11个组织特异表达和多个响应逆境的基因。最后选取5个TaDREB基因,通过qRT-PCR技术验证了它们在热胁迫条件下的表达,结果证实这些基因均能对热胁迫产生响应。     

橡胶树KT/HAK/KUP基因家族成员的鉴定与表达分析

为研究巴西橡胶树钾转蛋白(KT/HAK/KUP)基因家族在生长发育和逆境胁迫方面的生物学功能,从橡胶树基因组中鉴定得到31个KT/HAK/KUP基因家族成员,并从基因结构、染色体定位、系统进化和表达分析等方面进行全面系统的分析.研究结果发现,KT/HAK/KUP基因家族31个成员分布在3个Contig和15个染色体上,...     

小麦HD2基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)负责去除组蛋白上的乙酰基团,在生物体的生长发育和非生物胁迫响应方面具有重要作用。本研究根据其他植物中HD2基因家族序列,利用生物信息学方法对小麦中的HD2基因进行鉴定,并对其基本生物学特性和调控网络等进行分析。结果表明,有12个小麦HD2基因被鉴定,并根据蛋白质序列C端是否含有锌指结构将其分为Group1和Group2两个亚家族;这些基因的编码蛋白均定位于细胞核内。利用WheatExp数据和RNA-seq数据对小麦HD2基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,小麦HD2基因在不同组织和不同逆境下均存在差异表达。同时,利用qRT-PCR技术对其在小麦12个生长发育时期的叶片中响应热胁迫的表达模式进行分析,结果表明,其在小麦挑旗期和抽穗期表达量明显上升。     

小麦β-酮脂酰CoA合成酶基因KCS的克隆与酵母表达

超长链脂肪酸是生物体内众多重要物质的合成底物。KCS基因编码β-酮脂酰CoA合成酶,该酶具有底物特异性,参与超长链脂肪酸延伸的缩合反应,是超长链脂肪酸合成的限速步骤。为了探究小麦KCS基因在超长链脂肪酸合成中的功能,采用同源克隆的方法从小麦(Triticum aestivum L.)中克隆出KCS基因后,利用生物信息学对其编码序列进行分析,并在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中对其进行真核表达。结果表明,小麦TaKCS6基因的开放阅读框为1 287bp,编码428个氨基酸残基。结构域预测结果显示,TaKCS6蛋白含有III型聚酮合酶脂肪酸延伸酶和C末端3-酰基ACP合酶III结构域,属于KCSs蛋白家族。序列比对分析结果显示,TaKCS6氨基酸序列与拟南芥及其他植物的KCS6氨基酸序列在两个功能结构域上和活性位点保守。酵母表达结果显示,TaKCS6基因编码的蛋白参与C24以上超长链脂肪酸的延伸。     

小麦DNA去甲基化酶基因全基因组鉴定及其在籽粒发育中的表达分析

DNA去甲基化酶（dMTase）是一种高度保守的表观遗传修饰因子,涉及许多生物学过程,包括生长发育、应激反应和次生代谢。本研究基于小麦基因组数据,对小麦 DNA去甲基化酶基因（TadMTase）进行了全面鉴定和生物信息学分析。结果表明,小麦基因组中包含18 个TadMTase基因,分布于小麦15条染色体上。系统进化分析将TadMTase分为 ROS、DML3、DML4 和 DML5等 4个亚家族,亚家族之间的TadMTase基因序列长度和内含子数量存在差异,但同一个系统进化树分支中的亚族成员具有高度相似的基因结构、保守 motifs 和结构域,为植物dMTase基因家族的直系同源基因,在进化方面具有保守性。亚细胞定位预测TadMTase均定位于细胞核中;通过与小麦祖先物种的进化及共线性分析,发现在小麦异源六倍体形成过程中存在部分TadMTase基因丢失;TadMTase基因家族启动子区域包含大量光信号、植物激素、胁迫响应和生长发育等相关顺式作用元件;转录组数据分析表明TadMTase基因在不同组织器官和籽粒发育不同时期表达模式不同,有一定的组织特异性。进一步RNA-Seq和荧光定量PCR分析表明TaROS1b-1A.1和TaROS1a-5A/D分别在籽粒的种皮和胚乳发育时期显著上调表达,且在强筋和弱筋小麦品种中表达存在差异。结果为TadMTase 基因在调控小麦籽粒生长发育及其品质形成中的调控机制提供参考。     

基于小麦产量三要素的产量条件QTL分析

为了从单个QTL水平上解析产量与产量三要素的遗传基础,利用花培3号和豫麦57杂交获得的168个家系的DH群体及其遗传图谱,在5个环境下对产量进行了非条件QTL分析和基于产量三要素(穗粒数、千粒重和单位面积穗数)的条件QTL分析,共检测到9个非条件QTL和28个条件QTL。其中,检测到2个主效QTL(QY.sdau-4D和QY.sdau-6D.2),它们可分别解释15.77%和10.16%的表型变异。分别检测到6个"一因多效"QTL和11个微效QTL;其中,QYsdau-4D.2通过影响单位面积穗数、穗粒数和千粒重而影响产量,QYsdau-2D.1和QYsdau-3A.1能提高单位面积产量但不影响穗粒数,即单位面积产量和穗粒数在该位点上几乎没有关联。本研究结果为通过分子设计聚合高产有利基因提供了理论基础,对培育单位面积产量大幅度提高的小麦新品种具有重要意义。     

小麦细胞色素P450(TaP450)基因的克隆与序列分析

细胞色素P450是一种多功能氧化酶,在植物体内担当着生物合成、代谢解毒以及抗逆等重要功能。本研究采用RACE方法从普通小麦中同源克隆到一个新的P450基因,命名为TaP450(Genbank No.KJ541960)。该基因基因组序列全长为2 643bp,含有2个外显子和1个内含子,cDNA全长为2 033bp,含有一个1 557bp的开放读码框,推导蛋白含518个氨基酸;序列分析发现其具有保守的P450结构域,但该蛋白与已报道的小麦P450蛋白序列有较大差异,表明它是小麦P450家族的新成员;蛋白结构特征分析发现,该蛋白的分子量为57.092kD,等电点为8.63,N端具有一个含29个氨基酸的跨膜结构和一个含22个氨基酸的信号肽,亚细胞定位分析表明该蛋白属于分泌蛋白。其在小麦叶片、茎、根与种子中均有表达,但在叶片和茎中表达量最高;在胁迫处理下,该基因的表达量均上调,且在盐胁迫处理下上调尤为显著,表明该基因与盐胁迫密切相关。     

小麦EPF/EPFL基因家族的全基因组鉴定及 TaEPF1-2B与气孔性状的关系分析

表皮模式因子EPF/EPFL基因家族编码一类植物中特有的分泌类蛋白,在植物生长发育特别是形态建成过程中发挥着重要作用。为挖掘和利用小麦EPF/EPFL家族基因,对小麦该家族基因进行了系统鉴定,并利用生物信息学技术对其基因结构、蛋白质结构域、系统进化及表达特性进行分析。结果表明,在小麦全基因组水平共鉴定到35个TaEPF/EPFL基因家族成员,含有1~4个外显子,分布在除1A、5B外的19条染色体上,全基因组复制事件是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白结构分析显示,其编码蛋白的C端包含6个相对保守的半胱氨酸残基,N端存在信号肽剪切位点,且亚细胞定位在胞外基质中,属于一类胞外分泌蛋白。系统进化分析发现,TaEPF/EPFL基因在单子叶和双子叶植物分化之前就已形成。表达模式分析发现,大多数TaEPF/EPFL基因在小麦幼嫩组织和穗部表达量较高,部分TaEPF/EPFL基因响应干旱、高温等非生物胁迫。进一步分析 TaEPF1-2B不同单倍型与气孔性状的相关性,发现TaEPF1-2B不同单倍型的气孔密度、气孔长度、气孔宽度和气孔面积均存在极显著差异,净光合速率存在显著差异,其中单倍型Hap A具有较低的气孔密度和较高的光合速率,是优势单倍型。本研究结果为进一步改良小麦的抗旱性和光合效率提供了候选基因。     

小麦TaHTAS-5A基因的克隆、表达分析及亚细胞定位

非生物胁迫对小麦的生长发育具有不良影响,克隆与非生物胁迫相关的基因,并对其结构及表达特性进行分析,可以为进一步探索小麦的抗逆机制和抗逆育种奠定基础。本研究利用同源克隆技术从普通小麦品种中国春中克隆了水稻E3泛素连接酶基因OsHTAS的同源基因TaHTAS-5A(GeneBank登录号:MF967573),并利用生物信息学方法对其基因序列特征进行分析;利用qRT-PCR技术对该基因在小麦不同组织及不同逆境胁迫下的表达模式进行分析;同时,对该基因的表达产物进行了亚细胞定位。结果表明,小麦TaHTAS-5A基因含有220bp的5′UTR、1 242bp的ORF以及126bp的3′UTR,共编码413个氨基酸;基因组分析表明,该基因全长3 819bp,共包含4个外显子和3个内含子;缺体-四体定位表明该基因位于小麦5A染色体上;蛋白结构分析显示,TaHTAS-5A蛋白的N端包含四个跨膜结构域,C端包含一个E3泛素连接酶特有的RING finger保守结构域,具有植物E3泛素连接酶的结构特征;qRT-PCR结果显示,TaHTAS-5A对高温、低温和ABA都有响应,对干旱和盐响应不敏感;TaHTAS-5A在小麦的根、茎、叶和幼穗等不同组织中均有表达,但表达量有差异,在叶和穗中的表达量明显高于根部和茎部;亚细胞定位结果表明,TaHTAS-5A位于细胞膜上。本研究为进一步探究小麦TaHTAS-5A基因的功能奠定了基础,也为小麦非生物胁迫抗性改良提供了一定的理论依据。     

小麦耐冷相关基因TaCTR的克隆及其表达特性分析

低温冷害是小麦生长发育过程中面临的重要非生物逆境因素。为了挖掘小麦耐冷功能基因,本研究采用同源克隆的方法从普通小麦品种小偃22中分离到一个耐冷相关基因TaCTR,该基因序列全长2 192 bp,含有12个外显子、11个内含子,编码区全长为1 407 bp,编码468个氨基酸,分子量约为53.43 kDa;系统进化树分析表明,该基因在进化关系上与山羊草最近;亚细胞定位结果显示,该基因编码的蛋白为膜蛋白;实时荧光定量PCR（RT-PCR）结果表明,TaCTR在不同品种、不同组织和不同发育阶段低温特异表达;在干旱、高盐及GA处理下,TaCTR的表达量显著上升,说明该基因可能参与调控小麦的抗逆反应。     

TaERFL1a转录因子在小麦籽粒淀粉合成中的功能研究

乙烯响应转录因子(AP2/ERF)家族在植物逆境胁迫与物质合成中有重要功能,其成员TaERFL1a参与了小麦响应非生物胁迫过程,然而其在淀粉合成中的功能尚不清楚。本研究利用大麦条纹花叶病介导的基因沉默技术(barley stripe mosaic virus-virus induced gene-silencing,BSMV-VIGS),在田间条件下抑制 TaERFL1a基因在小麦籽粒中的表达,通过测定灌浆期间籽粒内该基因的表达量、成熟籽粒产量性状和淀粉性状,探究TaERFL1a在小麦籽粒淀粉合成中的功能。结果发现,在接种后23 d,接种BSMV-VIGS- TaERFL1a植株籽粒内 TaERFL1a基因表达水平降低了86.5%; TaERFL1a基因沉默植株成熟籽粒的粒长、粒宽、千粒重和淀粉含量分别降低了5.22%、12.70%、9.53%和5.43%; TaERFL1a基因沉默植株的籽粒淀粉粒排列疏松且数量减少。这些结果表明TaERFL1a转录因子在小麦灌浆期间的籽粒淀粉合成中发挥了重要作用。