西瓜CIPK家族基因的鉴定与特征分析

CIPK(Calcineurin B-like-interacting protein kinase)是一类植物中十分重要的蛋白激酶,主要参与植物的生长发育和抗逆过程。为了揭示CIPK基因家族在西瓜生长发育与抗逆防御机制中的重要作用,该研究基于西瓜基因组数据库,利用生物信息学手段,鉴定并分析了西瓜CIPK家族基因的基因结构、染色体定位、系统发育和氨基酸理化性质等特征。结果表明:西瓜中有19个CIPK家族成员,分别分布于1~6、8,10号的染色体上,编码氨基酸序列长度为330~565bp,其中18个ClCIPK氨基酸序列含NAF功能域,仅有1个CIPK(ClCIPK9)基因不含有此结构;CIPK基因家族成员的基因结构大致分为内含子富集和内含子缺失2类;进化树聚类分析结果将所有的西瓜及拟南芥CIPK蛋白分为5类,在每一类中都包含西瓜和拟南芥的CIPK家族成员,说明它们具有很高的同源性,并推测它们可能参与了西瓜的多种生物学过程。该研究结果以期为ClCIPK基因在西瓜育种中的功能研究与应用提供重要的理论基础。     

黄瓜纤维素合成酶CESA家族基因鉴定及非生物胁迫响应分析

纤维素合成酶(cellulose synthase,CESA)是纤维素合成过程中重要的酶类,在细胞壁建成和植物生长发育过程中起着非常重要的作用.本试验从黄瓜品系9930全基因组数据中鉴定得到35个CESA基因家族成员,系统进化分析将家族成员分成6个group.亚细胞结果显示,大部分成员定位于质膜上,少部分定位在高尔基体...     

草莓CIPK基因家族的鉴定与表达分析

从拟南芥数据库中获得CIPK基因家族注册号,运用生物信息学分析的方法,在蔷薇科森林草莓(Fragaria vesca)数据库中得到CIPK基因家族成员19个,可分为6个亚族。该基因家族分布在草莓7条染色体中的6条上。其编码蛋白的氨基酸数157～1 196,理论等电点3.91～9.34,分子量18 667.68～133 714.31 D。基因结构分析表明,有11条基因只有1个外显子,其余基因外显子数2～15。亚细胞定位结果表明,该基因家族成员主要在细胞质、细胞核和叶绿体上表达。蛋白质二级结构预测表明,该基因家族成员主要以α–螺旋、β–转角和不规则卷曲为主。对上游2 kb区域启动子顺式作用元件分析表明,该基因家族成员对逆境胁迫应答MYB响应明显,除FvCIPK02、FvCIPK15、FvCIPK17外,其他基因均对脱落酸应答元件ABRE响应明显。qRT-PCR数据分析表明,FvCIPK16、FvCIPK10和FvCIPK09分别在PEG、ABA和NaCl处理下,草莓试管苗中的相对表达量最高,分别是对照的18.4倍、29倍、13倍,说明FvCIPK16强响应干旱胁迫,FvCIPK10强响应ABA诱导,FvCIPK09强响应高盐胁迫;另外发现各处理的FvCIPK03相对表达量均下调,推测FvCIPK03在植物逆境胁迫中起负调节作用。     

草莓CIPK基因家族的鉴定与表达分析

从拟南芥数据库中获得CIPK基因家族注册号,运用生物信息学分析的方法,在蔷薇科森林草莓(Fragaria vesca)数据库中得到CIPK基因家族成员19个,可分为6个亚族。该基因家族分布在草莓7条染色体中的6条上。其编码蛋白的氨基酸数157～1 196,理论等电点3.91～9.34,分子量18 667.68～133 714.31 D。基因结构分析表明,有11条基因只有1个外显子,其余基因外显子数2～15。亚细胞定位结果表明,该基因家族成员主要在细胞质、细胞核和叶绿体上表达。蛋白质二级结构预测表明,该基因家族成员主要以α–螺旋、β–转角和不规则卷曲为主。对上游2 kb区域启动子顺式作用元件分析表明,该基因家族成员对逆境胁迫应答MYB响应明显,除FvCIPK02、FvCIPK15、FvCIPK17外,其他基因均对脱落酸应答元件ABRE响应明显。qRT-PCR数据分析表明,FvCIPK16、FvCIPK10和FvCIPK09分别在PEG、ABA和NaCl处理下,草莓试管苗中的相对表达量最高,分别是对照的18.4倍、29倍、13倍,说明FvCIPK16强响应干旱胁迫,FvCIPK10强响应A...     

番茄SELF-PRUNING基因家族及株形调控功能研究进展

番茄SP (SELF-PRUNING)基因调控植株的有限型生长习性,其与金鱼草CEN(CENRORADIALIS)基因和拟南芥TFL1(TERMINAL FLOWER 1)基因同源,属于调控植物生长习性和开花的同一类基因。目前已报道了番茄SP基因家族8个成员(SP、SP9D、SP2I、SP3D、SP5G、SP6A、SIGI和SPGB),该基因家族能直接或间接调控番茄植株的生长习性,影响其株形。对番茄SP家族基因结构特征、亲缘关系、表达特性以及株形调控功能等研究进展进行综述,以期为调控番茄生长习性,获得紧凑型株系、实现均一化和现代机械化采收提供有效的技术支撑。     

番茄AP2/ERF超家族重鉴定及过表达SlERF.D.3株系表型分析

基于番茄基因组数据库的更新,系统地对番茄AP2/ERF超家族成员进行了更新,并对其进行了染色体定位、保守基序、基因结构和对灰霉菌及生长素胁迫响应的分析。共鉴定出141个ERF家族基因,其中新鉴定出的ERF亚家族成员42个;随机分布在12条染色体上,大都只含有外显子而无内含子,部分基因不同程度的受到灰霉菌和生长素处理的诱导表达。作为拟南芥AtERF109在番茄中的同源基因,SlERF.D.3的表达可被灰霉菌抑制且可迅速强烈地响应生长素处理。为进一步明确SlERF.D.3的生物学功能,以番茄‘Ailsa Craig’为材料克隆了此基因的编码区,构建过表达载体并转化番茄,获得了3个T0代过表达株系。与野生型相比,转基因株系的叶片较细长、向下卷曲,且果实出现乳状突起。这为研究SlERF.D.3在调节番茄的生长发育和胁迫响应过程中的作用奠定了基础。     

茶树CsTIFY家族全基因组鉴定及非生物胁迫和激素处理中主要基因表达分析

TIFY转录因子是陆地植物特有的转录因子,按照结构域特征共分为4个亚家族TIFY、PPD、JAZ、ZML,调控植物的生长发育过程.以茶树TIFY转录因子为研究对象,从茶树基因组数据库中共鉴定了22个CsTIFY转录因子家族成员,都包含了TIFY结构域.基因结构分析发现,大部分CsTIFY家族成员外显子数在5到12之间,...     

辣椒PEBP基因家族的全基因组鉴定、比较进化与组织表达分析

植物磷脂酰乙醇胺结合蛋白(Phosphatidyl ethanolamine-binding protein,PEBP)分为MFT、FT和TFL1共3个亚家族,其中FT和TFL1亚家族蛋白构成了植物的成花激素—抗成花激素系统,调控开花时间和株形结构。基于辣椒(Capsicum annuum)全基因组数据,对辣椒PEBP基因家族进行鉴定,并对基因和蛋白结构、比较进化、共线性和组织表达特征等进行了分析。结果表明,辣椒基因组包含9个PEBP成员,并且9个基因均含有4个外显子和3个内含子,定位在6条染色体上,其编码蛋白质定位在细胞质和细胞核中。与番茄PEBP同源基因的比较进化分析表明,辣椒的PEBP基因受纯化选择,其中CaFT2和CaFT4在进化中较稳定,辣椒和番茄之间存在8对共线性基因。qRT-PCR分析表明CaPEBP基因在所检测的组织中明显差异表达,如CaMFT/CaTFL1-1在果实中高表达,CaFT1在叶片中相对表达量最高,Ca FT3在顶端分生组织和花中表达量最高,CaTFL1-4在根中特异表达。     

桃MRLK家族全基因组鉴定及蚜虫侵染后的表达分析

以Malectin(PF11721)、Malectin-like(PF12819)和Pkinase(PF07714)保守域全蛋白序列为种子序列,鉴定桃(Prunus persica)基因组中全部MRLK类受体激酶(Malectin receptor-like kinases)家族成员,并利用转录组测序分析桃绿蚜侵染不同时间MRLK在抗蚜和感蚜品系材料中的表达情况。利用生物信息学手段进行分析,共获得41个MRLK家族成员,这些基因分布在桃的8条染色体上。家族成员氨基酸数量介于391～1 035 aa,分子量44.05～115.09 kD,等电点5.38～9.16。分析系统进化树发现拟南芥、水稻和桃的MRLK家族分为5个亚组,其中桃MRLK家族成员分布在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ亚组上。亚细胞定位预测显示该家族成员全部定位在细胞膜上。顺式作用元件预测结果显示该家族成员启动子包含光、激素以及响应生物与非生物胁迫的作用元件。桃绿蚜侵染结果表明,桃MRLK家族中19个基因在5个桃材料中均未表达,15个基因在抗蚜品系‘P5868’与其他4个材料之间无差异表达。Pp MRLK2、Pp MRLK9、Pp MRLK22...     

香蕉Aux/IAA基因家族的全基因组鉴定及表达分析

对香蕉Aux/IAA基因家族进行了全基因组鉴定,获得分布于除1号染色体外的10条染色体上的44个家族成员,其CDS长度为378～1 062 bp,其中10个存在选择性剪切体。它们编码的蛋白包含125～353个氨基酸,均为不含信号肽的亲水蛋白。序列分析结果表明:该基因家族成员多为5个外显子和4个内含子的基因结构,编码蛋白多具有4个典型的保守基序。亚细胞定位预测结果显示,Aux/IAA成员多定位于细胞核、细胞质和叶绿体,定位情况与保守结构域有一定相关性。MaIAA31是该家族中唯一预测有跨膜区域且亚细胞观察定位在胞外的成员。进化树分析结果显示,香蕉Aux/IAA可分为2大类8个亚组。顺式作用元件分析结果显示该家族成员启动子包含激素、光、非生物以及生物胁迫响应相关元件。通过分析部分成员在不同激素和逆境处理下的表达情况发现:MaIAA基因的表达受多因素调控,其中MaIAA27变化显著,MaIAA15响应干旱和盐胁迫,MaIAA25在热、低温和机械损伤胁迫下显著上调,暗示它们在香蕉响应这些逆境的过程中发挥作用。     

茶树TCP家族的全基因组鉴定及其表达分析

以拟南芥TCP蛋白序列和TCP蛋白保守结构域种子文件(Pfam:03634)检索‘舒茶早’茶树(Camellia sinensis L.)基因组数据库,对茶树TCP基因(CsTCP)进行鉴定,共得到37个基因,分别编码150～607个氨基酸。蛋白质分子量介于16.8～67.6 kD,等电点介于5.10～10.52,内含子数为0～5,其中35个Cs TCP定位于细胞核,1个定位于叶绿体,1个在细胞核和叶绿体都有定位。系统发育分析显示,37个CsTCP中,21个属于PCF亚家族,11个属于CIN亚家族,5个属于CYC/TB1亚家族,表明Cs TCP家族成员间出现了功能分化。保守基序分析发现,Cs TCP蛋白序列中至少存在20个保守基序,同源关系较近的Cs TCP成员常具有相似的保守基序构成。亚细胞定位结果显示,Cs TCP32定位于细胞核,CsTCP24在细胞核和细胞质都有定位,表明CsTCP蛋白具有转录因子的核定位特征。启动子元件分析发现,Cs TCP基因启动子区富含干旱、盐、低温和病原菌侵染胁迫响应元件。基于转录组数据以及半定量和定量PCR分析结果显示,CsTCP基因家族成员在茶树不同组织和胁迫处理后存在差异表达。其中,CsTCP14主要在茎和花中表达,CsTCP32主要在芽和叶中表达;CsTCP19、CsTCP20、CsTCP12和CsTCP32分别在高盐、低温和MeJA处理后上调表达,CsTCP18和CsTCP30在低温和MeJA处理后下调表达。     

丹参DHAR家族基因的鉴定及表达模式分析

运用生物信息学方法,从丹参（Salvia miltiorrhiza）基因组数据库中鉴定得到5个脱氢抗坏血酸还原酶（Dehydroascorbate reductase,DHAR）家族成员SmDHAR1 ~ SmDHAR5,分析了基因结构特征、编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、高级结构、系统进化关系以及启动子顺式作用元件,并考察了其在不同组织及胁迫下的表达模式。结果表明,SmDHAR基因家族成员长度在724 ~ 3 296 bp之间,含有1 ~ 5个外显子不等,编码218 ~ 470个氨基酸;其编码蛋白多为亲水性蛋白,且多不含跨膜结构域。SmDHAR家族成员分布在叶绿体和胞质外。系统进化分析结果显示丹参SmDHAR基因分为2个亚类。上游启动子区域分析发现SmDHAR基因家族成员均含有与植物发育、激素及胁迫响应相关的顺式作用元件。表达模式分析结果显示,SmDHAR5在丹参根中显著高表达,而在其余组织中表达量较低;SmDHAR1、SmDHAR3与SmDHAR4在根、茎、叶中表达量较高,在花组织中表达最低;SmDHAR2表现为组成型高表达。SmDHAR在茉莉酸甲酯、酵母提取物、脱落酸、赤霉素、水杨酸等处理时也表现出不同的响应模式。本研究的结果为深入探索丹参DHAR基因家族在抵抗逆境过程中的功能提供了参考。     

龙眼GDSL酯酶/脂肪酶基因的全基因组鉴定及表达分析

基于第三代龙眼基因组数据库及其转录组数据库,通过生物信息学分析对龙眼GDSL酯酶/脂肪酶家族进行全基因组鉴定。结果显示龙眼GDSL(Dl GDSL)家族共有118个成员,分为15个亚家族,亚细胞定位显示主要分布于细胞外基质中。染色体位置及共线性基因分析表明,118个Dl GDSL基因中有111个定位在15条龙眼染色体上,包括13对共线性基因。基因结构和蛋白质保守基序分析表明该家族的外显子在2～12之间,且motif2和motif3是Dl GDSL家族中尤为重要的保守基序。启动子顺式作用元件分析表明,启动子序列中包含众多光响应、激素应答、无氧诱导、胁迫响应和昼夜节律等响应元件,且大部分成员都含有茉莉酸甲酯(Me JA)、脱落酸(ABA)、生长素(IAA)和赤霉素(GA)等激素应答作用元件。FPKM值分析发现从胚性愈伤组织到球形胚阶段有26个差异表达的基因,提示Dl GDSL家族部分成员可能在龙眼体胚形态建成中发挥重要作用。q RT-PCR分析表明,在外源ABA和Me JA处理下龙眼胚性愈伤组织中,Dl GDSL家族部分成员可能与ABA、Me JA等激素信号转导相关。     

西瓜CBL家族基因的鉴定与特征分析

CBL基因在植物逆境应答过程中具有重要作用,但在西瓜作物的抗逆育种研究中鲜有相关报道。该研究利用生物信息学的分析方法从已发表的西瓜全基因组中鉴定出7个CBL基因(ClaCBL1~ClaCBL7),并分析了它们在全基因组范围内的分布情况、分子结构特征、顺式元件以及系统进化等基本特征,为进一步研究西瓜CBL基因的功能提供参考。结果表明:西瓜CBL基因在全基因组中的分布是不均匀的,其中仅ClaCBL4基因有9个外显子,其余基因均为8个外显子,编码区序列大小在639~738bp。在进化上西瓜CBL基因分为3个不同的类群;它们编码区域内的氨基酸序列均含有能与CIPK互作的FSPF高保守性位点及能与钙离子结合的3个EF-hand结构;除了ClaCBL1预测定位在胞外基质中,其余的ClaCBL定位在细胞内的不同部位;在西瓜CBL基因启动子上游的序列中存在多个应答不同逆境和植物激素的顺式元件,而且CBL家族不同成员基因含有的顺式元件的种类和数目各不相同。上述分析显示,西瓜CBL可能参与多种生物学过程,而且不同成员存在功能上的分化。     

苹果HSP90家族基因鉴定及高温胁迫下的表达分析

为了探究热激蛋白(HSP90)基因家族成员在苹果(Malus×domestica Borkh.)耐热中的作用,利用生物信息学方法对苹果HSP90基因家族成员进行鉴定,并分析其在高温胁迫下和不同组织中的表达规律。结果表明,苹果HSP90基因家族有11个成员,分布于10条染色体上,其氨基酸序列大小介于104～818 aa,蛋白质分子质量介于11.81～93.58 kD。转录组分析显示,11个MdHSP90家族成员中,有4个基因,MdHSP90-1、MdHSP90-3、MdHSP90-5和MdHSP90-11在高温胁迫下显著上调;亚细胞定位显示这4个基因中前三者定位在细胞膜与细胞核上,而后者定位在细胞核上;进一步通过qR T-PCR分析发现这4个基因在两种苹果砧木平邑甜茶(Malus hupehensis)和变叶海棠(Malus toringoides)中的表达趋势基本一致,其表达量在高温胁迫早期大幅升高,在中后期有所下降;不同苹果组织中均能检测到这4个基因的表达,高温处理可不同程度地激活这些基因的表达,表明它们可能在苹果耐热胁迫中具有重要作用。     

甜橙CsKT1的钾转运功能鉴定及其互作蛋白分析

植物K~+的跨膜运输过程是由细胞膜上的钾转运蛋白介导的。分析甜橙基因组序列信息发现,甜橙CsKT1与拟南芥Shaker家族成员中的AKT1同源性最高,具有典型的Shaker钾通道特征。互补钾吸收缺陷酵母的试验结果显示,表达CsKT1的钾吸收缺陷酵母能在K~+浓度为10、1和0.1 mmol·L~(-1)的培养条件下生长。以‘冰糖橙’(Citrus sinensis L. Osbeck‘Bingtangcheng’)为试验材料,利用qRT-PCR方法检测到CsKT1在植株根部的表达量比冠部高,并且低钾(0.1mmol·L~(-1)K~+)胁迫处理24h时植株中CsKT1的转录水平无明显变化。亚细胞定位检测结果显示,CsKT1能定位到细胞质膜上。利用酵母双杂交试验发现,CsKT1蛋白C端能与拟南芥CIPK23互作,还能与甜橙CsCIPK7蛋白(与拟南芥CIPK23同源性最高)互作,同时甜橙CsCIPK7蛋白能与拟南芥CBL1蛋白互作;进一步的蛋白序列相似性分析结果显示,柑橘CBL家族有8个成员,其中CsCBL1与拟南芥CBL1、CBL9的同源性最高。这些结果说明,CsKT1是柑橘中的类AKT1钾转运蛋白。     

SINA蛋白掌控番茄“生老病死”

正合肥工业大学食品科学与工程学院刘永胜教授课题组,与美国爱达荷大学等单位合作,首次对番茄SINA(seven in absentia)蛋白家族在植物抗病与发育中的调控功能进行了深入研究,并发现番茄SINA蛋白家族基因在其抗病及发育过程中发挥着重要调控作用。研究成果日前在线发表在国际著名学术期刊《植物·细胞与环境》上。     

苹果WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族基因的鉴定与分析

利用生物信息学方法和苹果基因组数据库,鉴定并分析了12个苹果WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族基因。系统进化树分析表明,苹果WOX家族和拟南芥WOX家族可被分为现代分支(WUS分支)、中间分支和祖先分支;苹果WOX家族成员均含有1个motif-1,不同分支的成员含有其分支特异的motif;基因结构分析显示,苹果WOX家族基因含有2～4个外显子,染色体定位发现11个基因分别定位在苹果的7条染色体上,1个基因无准确定位。基因表达模式分析表明,12个基因在苹果各组织中均有表达,且在果实中的表达量较高;密码子偏好性分析显示,苹果WOX家族基因的偏好性较弱。     

萝卜AHP基因家族鉴定与表达模式分析

细胞分裂素在植物生长发育和抵御系列非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为了探讨萝卜(Raphanus sativus L.)细胞分裂素信号转导途径中组氨酸磷酸转运蛋白(AHP)的生物学功能与表达模式,对萝卜AHP基因家族成员的数量、进化关系、顺式元件、基因结构、发育及非生物胁迫下基因表达模式进行分析。结果表明,萝卜AHP基因家族有6个成员,其中RsAHP2和RsAHP5为片段重复基因,RsAHP3和RsAHP4为串联重复基因;系统进化分析发现萝卜、拟南芥和白菜的AHP家族具有同源性;其启动子序列中含有光响应、激素响应和防御应激等顺式作用元件;萝卜AHP均在根中表达量高而在叶中表达量低;不同非生物胁迫条件下,RsAHP1、RsAHP2和RsAHP5差异表达显著。研究结果可为解析萝卜AHP基因功能提供理论依据。     

龙眼SKP1-like家族成员鉴定及体胚发生早期表达分析

为研究S-phase kinase-associated protein 1-like(SKP1-like)在龙眼中的分子特性以及其在体胚发生早期的表达模式,基于模式植物拟南芥SKP1-like的氨基酸序列,在龙眼基因组数据库中进行SKP1-like成员的鉴定。同时,通过生物信息学方法对其蛋白理化性质、系统进化特征、染色体定位、共线性与选择压力、基因结构、保守基序、蛋白结构、蛋白互作网络、启动子顺式元件进行分析,并结合龙眼转录组数据分析其在体胚发生早期的表达模式。研究结果表明:龙眼SKP1-like家族基因共有14个成员,分别将其命名为DlSKP1-1～DlSKP1-14。龙眼SKP1-like(DlSKP1)家族基因编码蛋白质的氨基酸数、分子量以及等电点分别为75～399 aa、8.29～45.34 kD、4.44～5.76,均不含信号肽,可能主要定位于叶绿体中。DlSKP1家族存在1对串联重复基因以及4对片段重复基因。蛋白互作结果提示,Dl SKP1家族成员可能与多种蛋白(尤其F-Box家族蛋白)存在互作关系。启动子顺式作用元件的结果表明,DlSKP1家族成员启动子含有较多脱落酸(...