玉米YABBY基因家族的全基因组鉴定与分析

YABBY基因家族作为植物特有的转录因子家族,在调控植物侧生器官发育中发挥重要作用。本研究利用玉米全基因组数据分析玉米YABBY基因家族,阐明该基因家族成员结构、系统进化发育关系以及基因家族成员在玉米不同组织及不同发育时期的表达谱。结果显示,玉米参考基因组中存在13个YABBY基因,命名为Zm YABBY1~Zm YABBY13,根据系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为4亚类S1~S4。RNAseq数据显示玉米YABBY基因在籽粒、茎和茎端分生组织(Shoot apical meristem,SAM)、幼胚及叶片中有较高表达,预示玉米YABBY基因可能在上述器官发育中发挥调控作用。本研究结果为进一步解析该基因家族的功能奠定了研究基础。     

玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达分析

【目的】分析研究玉米钙依赖蛋白激酶全基因组鉴定及抗旱表达。【方法】使用NCBI Blast、DNAMAN和MotifScan等程序分析玉米钙依赖蛋白激酶CDPK的蛋白结构域和系统发育。采用Real-time RT-PCR方法分析CDPK基因在干旱胁迫处理玉米幼苗中的表达,评价CDPK基因对玉米干旱胁迫反应能力。【结果】鉴定出了在玉米中含有39个CDPK基因。将CDPK基因分为4个组。每个群体中的成员有共同的蛋白质基序和外显子及内含子结构,共同的进化起源。39个玉米CDPK基因根据它们的系统发育关系分组,并锚定在特定的玉米染色体上。多数CDPK基因在玉米干旱胁迫中的表达水平发生改变,CDPK基因参与对干旱胁迫的响应。【结论】从玉米基因组数据库中鉴定出了39个CDPK基因,大多数玉米CDPK基因在不同组织和不同发育阶段表现出不同的表达水平,CDPK基因在玉米发育中发挥不同的作用。多数CDPK基因在干旱胁迫下的表达量均发生变化。     

茄子脂氧合酶家族基因全基因组鉴定与表达分析

脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)是一类重要的含非血红素铁的蛋白,在植物生长发育、响应生物和非生物胁迫时起重要作用.为进一步明确茄子中LOX基因及其进化关系,对茄子全基因组进行分析筛选,共鉴定出12个SmeLOX基因.它们分布在茄子1、3、8和9号染色体上.系统发育树分析表明,茄子LOX家族基因可分为9-LO...     

萝卜ALMT基因家族的鉴定与表达

为探究萝卜铝激活苹果酸转运蛋白(ALMT)家族成员对生物和非生物胁迫的响应,本研究通过生物信息学方法对萝卜ALMT家族成员进行鉴定,并利用转录组数据对其进行表达分析.结果显示,萝卜基因组中包含17个ALMT基因,分布于8条染色体.该家族成员外显子数量为5～7个,预测N-端含有5～6个跨膜结构,在染色体上的分布不均匀.萝...     

玉米全基因组谷胱苷肽-S-转移酶基因家族的分析

谷胱苷肽转移酶(glutathione-S-transferase,GST)是植物生长发育过程中一类多功能酶,在植物的初级代谢和次级代谢以及调控植物的逆境胁迫和细胞信号转导等过程中具有重要作用。根据GST蛋白序列构建的隐马尔可夫模型(hidden markov model,HMM),鉴定玉米全基因组GST基因,并对GST基因数量、类型、染色体定位和进化关系进行分析。结果表明,玉米全基因组中共含有37个GST基因,在10条染色体上呈非随机分布,具有U型、F型和Z型3个亚族。与水稻比较,玉米未发现T亚族。该研究结果对深入了解GST基因家族的分子进化以及GST基因的克隆和功能验证提供了重要参考依据。     

玉米全基因组谷胱苷肽-S-转移酶基因家族的分析

谷胱苷肽转移酶(glutathione-S-transferase,GST)是植物生长发育过程中一类多功能酶,在植物的初级代谢和次级代谢以及调控植物的逆境胁迫和细胞信号转导等过程中具有重要作用。根据GST蛋白序列构建的隐马尔可夫模型(hidden markov model,HMM),鉴定玉米全基因组GST基因,并对GST基因数量、类型、染色体定位和进化关系进行分析。结果表明,玉米全基因组中共含有37个GST基因,在10条染色体上呈非随机分布,具有U型、F型和Z型3个亚族。与水稻比较,玉米未发现T亚族。该研究结果对深入了解GST基因家族的分子进化以及GST基因的克隆和功能验证提供了重要参考依据。     

小麦NPR1基因家族鉴定及其表达分析

【目的】对小麦NPR1基因家族成员进行鉴定及表达分析,为探究该家族基因的作用机制及小麦遗传改良提供理论参考。【方法】以拟南芥NPR1家族蛋白序列为参考序列,从小麦基因组中鉴定出小麦NPR1基因家族成员,利用生物信息学软件对其序列特征进行分析,并分别利用RNA-Seq原始数据和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析小麦NPR1家族基因在不同组织及不同胁迫下的表达水平。通过STRING在线网站构建TaNPR1s蛋白的互作网络。【结果】共鉴定获得20个小麦NPR1基因家族成员,其编码蛋白的不稳定指数均大于40,为不稳定蛋白;平均总亲水性值（GRAVY）均为负值（除TaNPR5-D为正值外）,为亲水蛋白;主要分布于细胞核内,在叶绿体、线粒体、内质网和细胞质等部位也有分布;二级结构均由α-螺旋、延伸链、β-转角和无规卷曲组成,以α-螺旋和无规则卷曲为主;对应的三级结构模型有10种。20个TaNPR1s蛋白均可与转录因子HBP-1b及未知蛋白A、B、C、D发生相互作用,这5种蛋白均含有bZIP结构域（含TGACG基序）和种子休眠特异基因结构域（DOG1）。TaNPR1s基因在不同组织中的表达模式不同,可分为在多个组织中表达、在特定的组织或发育阶段表达和在不同组织发育阶段均低表达或不表达,共三大类。随机挑选的8个TaNPR1s基因中,有3个基因在禾谷镰刀菌胁迫下表达量降低,但在白粉病菌胁迫下表达量升高;有2个基因在这两种菌胁迫下表达量均升高,有2个基因在两种菌胁迫下表达量均下降。TaNPR1s基因对6种非生物胁迫处理均有响应,但表达模式存在差异。【结论】小麦NPR1基因家族成员在不同组织生长发育过程和生物和非生物胁迫响应中发挥重要调控作用,且基因的可变剪接体也表现出不同组织表达特性,丰富了NPR1s蛋白功能。TaNPR1s蛋白可能通过与bZIP和DOG1结构域结合发挥其生物学功能。     

小麦OSCA基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】在全基因组水平对小麦(Triticum aestivum L.)OSCA家族成员（TaOSCAs）进行鉴定,以明确TaOSCA在小麦中的潜在生物学功能。【方法】利用BLASTP结合保守结构域筛选的方法鉴定小麦TaOSCA蛋白。用生物信息学方法分析TaOSCA基因家族成员系统发育关系,基因结构及跨膜结构域;利用公开的转录组数据分析TaOSCA在小麦不同发育阶段不同器官/组织的表达谱;以小麦品种中国春为材料,进行PEG-6000模拟的渗透胁迫处理,用实时荧光定量PCR检测叶片TaOSCAs在渗透胁迫下表达模式。【结果】从小麦中鉴定到35个TaOSCA蛋白;TaOSCAs分为TaOSCAⅠ、TaOSCAⅡ、TaOSCAⅢ和TaOSCAⅣ 4个亚家族,分别有15,16,3和1个成员。基因结构分析结果表明,除TaOSCA4.1-4B外,其余TaOSCA均包含多个外显子。跨膜结构域分析结果表明,除TaOSCA2.3-4B有5个跨膜结构域（TMs）外,其余TaOSCA成员均包含8～11个TMs。TaOSCAs在小麦不同发育时期各器官中的表达结果表明,TaOSCA1.1-3B/3D、TaOSCA1.2-1A/1B/1D、TaOSCA1.3-1A、TaOSCA1.6-1A/1D和TaOSCA3.1-2B/2D在全生育期高水平表达,TaOSCA1.4-2A/2B/2D在不同发育阶段的根组织中均高表达,TaOSCA1.5-1B/1D在生殖生长期穗中高表达,TaOSCA1.6-1B、TaOSCA2.6-3B/3D在生殖生长期籽粒中高表达,表明这些基因可能在根、穗及籽粒发育过程中发挥重要功能。渗透胁迫处理下,TaOSCA2.4和TaOSCA4.1表达下调,TaOSCA2.5的表达无显著变化,TaOSCA1.1、TaOSCA1.2等11个TaOSCA基因表达上调,说明这11个基因可能在小麦苗期响应渗透胁迫中发挥作用。【结论】TaOSCA基因可能在小麦响应渗透胁迫的过程中发挥重要作用。     

荆芥HD-Zip基因家族的全基因组鉴定及分析

【目的】鉴定荆芥Schizonepeta tenuifolia的HD-Zip基因家族,利用生物信息学方法分析其在全基因组中的分布和相关特征以及在不同时期中的表达规律,为该家族基因的进一步研究奠定基础。【方法】根据已经表征的HD-Zip基因,筛选荆芥基因组内的HD-Zip基因序列,利用MEME、PlantCARE、NCBI、MEGA X、MCScanX、Circos等在线网站及软件对蛋白序列进行基本理化性质分析、进化树构建、染色体定位、基因结构分析、共线性基因分析等。【结果】在荆芥全基因组中共鉴定到42条HD-Zip基因序列,它们可被分为4个亚家族,分别含有16、7、5、14个基因,亚家族之间的基因长度、结构及保守基序差异显著,但在亚家族内部保守,荆芥基因组与拟南芥Arabidopsis thaliana基因组共线性分析发现有37对基因,可能具有相似的生物学功能。荆芥的4个亚家族基因的顺式元件中均高频出现了光响应、脱落酸响应、MeJA响应等元件,在不同生长时期的叶片及部位的转录组数据中具有不同的表达趋势,Ⅰ亚家族主要在幼叶中表达,Ⅱ和Ⅲ亚家族主要在根中在表达,Ⅳ亚家族主要在叶中表达。【结...     

玉米PDI基因cDNA的克隆及生物信息学分析

利用RT-PCR技术,从玉米花丝中克隆得到了玉米蛋白质二硫键异构酶(PDI)基因cDNA编码序列(GenBank登录号为EF532321)。生物信息学技术分析表明:该序列开放阅读框为1 542个碱基,编码513个氨基酸,组成的蛋白质分子式C2577H3980N648O771S11,分子量为56.7 kDa,等电点pI为5.01。基因进化树分析表明玉米中的PDI基因与水稻中的PDI基因具有较近的亲缘关系。亚细胞定位预测分析表明,该基因编码的蛋白定位于细胞的内质网。     

葡萄YUCCA家族基因的鉴定及在穗梗褪绿过程中的表达分析

【目的】探究YUCCA家族基因在葡萄穗梗褪绿过程中表达模式。【方法】通过生物信息学的方法,分析了葡萄YUCCA家族基因聚类、内含子/外显子结构、蛋白保守基序和启动子顺式元件,通过液相色谱质谱联用的方法测定阳光玫瑰葡萄穗梗褪绿过程中IAA含量的变化,利用Real-time PCR检测YUCCA家族基因在穗梗褐变过程中的表达趋势。【结果】从葡萄基因中鉴定得到10个YUCCA家族基因,命名为VvYUCCA1～VvYUCCA10。葡萄YUCCA家族基因可以分为4个亚家族;同一个亚家族的基因含有相似的内含子/外显子结构和蛋白保守基序;在YUCCA家族基因的启动子中,存在大量脱落酸、茉莉酸和水杨酸等信号响应元件;IAA含量在穗梗褪绿过程中明显升高。【结论】YUCCA1和YUCCA8的表达与IAA含量呈正相关关系,可能参与葡萄采后贮藏过程中穗梗的褪绿。     

玉米热激蛋白70基因对温度胁迫的响应

利用RT-PCR技术从玉米自交系H21叶片中克隆获得一热激蛋白70(HSP70)基因的完整开放阅读框,全长1 737 bp,编码578个氨基酸,命名为ZmHSP70。编码的氨基酸与其他作物比对分析表明,ZmHSP70与高粱中一推测的蛋白(SbHSP70,XP_002465635)同源性最高,达95%,与水稻中一推测的蛋白(OsHSP70,EAY89062)同源性达87%。半定量RT-PCR的结果表明,该基因明显受42℃热激诱导表达,热激2 h其表达量达最大值;4℃冷胁迫也能诱导ZmHSP70表达量增加,冷胁迫4 h,其表达量达最大值。ZmHSP70是一个受温度诱导的热激蛋白。     

玉米PLDs基因家族生物信息学分析

磷脂酶D(PLD)为植物中重要的一种水解酶,PLD在逆境下不仅参与细胞膜的老化过程和种子萌发的过程,还作为一个信号物质响应脱落酸的形成。为了进一步明确玉米PLDs基因家族的功能,通过对玉米PLDs基因家族基本信息的预测,结构域的预测,染色体定位,基因结构的分析,蛋白系统进化树分析以及盐碱胁迫下的ZmPLDs进行转录组分析,共鉴定出ZmPLDs15个,分布在α、β、ε、ζ四个亚家族中,且预测基因主要功能为响应逆境信号和ABA诱导的气孔开闭过程。通过对ZmPLDs生物信息学分析进一步明确了ZmPLDs基因家族的生物学功能。     

西瓜类甜蛋白家族全基因组鉴定及表达

【目的】对西瓜类甜蛋白家族基因（ClTLP）进行全基因组鉴定和序列特征及聚类分析,研究其在西瓜不同组织及病原菌胁迫下的表达模式,为进一步开展类甜蛋白家族基因的功能鉴定及其与枯萎病菌互作机制研究奠定基础。【方法】利用生物学软件对ClTLP进行序列特征及聚类分析,采用qRT-PCR技术检测ClTLP基因在西瓜根、茎、叶组织及枯萎病菌侵染不同时间（0,12,24,48,120,168 h）后的表达情况。【结果】从西瓜基因组中共鉴定到28个西瓜TLP家族基因,TLP基因分布在 8条染色体上,主要有4种结构类型,蛋白保守,氨基酸基序高度一致。在基因启动子区发现多个激素响应元件和胁迫响应元件。西瓜类甜蛋白归属10个聚类群。多数ClTLP基因在西瓜不同组织中表现为组成型表达,在根中的表达量高于茎和叶片。枯萎病菌侵染可以诱导大部分ClTLP基因的表达,且多数基因表达量在侵染后120 h最高。其中,Cla97C01G019790和Cla97C10G185250的表达随枯萎病菌侵染时间延长逐渐升高,而Cla97C10G204510和Cla97C10G185260的表达受到了枯萎病菌胁迫抑制。【结论】西瓜类甜蛋白家族有28个成员,其大多数CITLP基因的表达量在根中最高,可受枯萎病菌诱导,在西瓜抵御病原菌侵染过程中发挥重要作用。     

Genome-wide identification,molecular evolution,and expression divergence of the hexokinase gene family in apple

Hexokinase(HXK) is the first irreversible catalytic enzyme in the glycolytic pathway, which not only provides energy for plant growth and development but also serves as a signaling molecule in response to environmental changes. However, the evolutionary pattern of the HXK gene family in apple remains unknown. In this study, a total of nine HXK genes were identified in the Malus×domestica genome GDDH13 v1.1. The physiological and biochemical properties, exonintron structures, conserved motifs, and cis-elements of the MdHXK genes were determined. Predicted subcellular localization indicated that the MdHXK genes were mainly distributed in the mitochondria, cytoplasm, and nucleus. Gene duplication revealed that whole-genome duplication(WGD) and segmental duplication played vital roles in MdHXK gene family expansion. The ω values of pairwise MdHXK genes indicated that this family was subjected to strong purifying selection during apple domestication. Additionally, five subfamilies were classified, and recent/old duplication events were identified based on phylogenetic tree analysis. Different evolutionary rates were estimated among the various HXK subfamilies. Moreover, divergent expression patterns of the Md HXK genes in four source-sink tissues and at five different apple fruit developmental stages indicated that they play vital roles in apple fruit development and sugar accumulation. Our study provides a theoretical basis for future elucidation of the biological functions of the MdHXK genes during apple fruit development.     

Genome-wide identification and expression analysis of asparagine synthetase family in apple

Asparagine is an efficient nitrogen transport and storage carrier. Asparagine synthesis occurs by the amination of aspartate which is catalyzed by asparagine synthetase(ASN) in plants. Complete genome-wide analysis and classifications of the ASN gene family have recently been reported in different plants. However, systematic analysis and expression profiles of these genes have not been performed in apple(Malus domestica). Here, a comprehensive bioinformatics approach was applied to identify MdASNs in apple. Then, plant phylogenetic tree, chromosome location, conserved protein motif, gene structure, and expression pattern of MdASNs were analyzed. Five members were identified and distributed on 4 chromosomes with conserved GATase-7 and ASN domains. Expression analysis indicated that all MdASNs mRNA accumulated at the highest level in reproductive organs, namely flowers or fruits, which may be associated with the redistribution of free amino acids in plant metabolic organs and reservoirs. Additionally, most of Md ASNs were dramatically up-regulated under various nitrogen supplies, especially in the aboveground part. Taken together, MdASNs may be assigned to be responsible for the nitrogen metabolism and asparagine synthesis in apple.