甜菜NADP-ME基因家族的生物信息学分析

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸-苹果酸酶(NADP-malic enzyme,NADP-ME)由小基因家族编码,在植物生长发育和应对逆境胁迫中发挥重要作用.为了进一步筛选甜菜NADP-ME基因并分析其功能,本研究对该家族成员进行了详细的生物信息学分析.结果显示,甜菜基因组共有5个NADP-ME基因,基因长度介于6537 bp...     

甜菜BTB蛋白家族的挖掘与生物信息学分析

BTB(Broad-complex,tramtrack,and bric-à-brac)蛋白在植物生长发育、抗逆性、蛋白质泛素化和降解、细胞骨架组成、离子通道及细胞周期调控等方面发挥着重要作用.本研究从甜菜基因组大数据中获得了49个包含BTB结构域的序列,并利用生物信息学方法对甜菜BTB蛋白家族进行了系统发育、理化性质...     

椰子ZF-HD基因家族的鉴定及生物信息学分析

ZF-HD蛋白是一类只存在于植物体内且含有锌指结构域的转录因子家族,其不仅能够调节植物的生长发育,且在植物响应逆境过程中也起着重要的作用。本研究通过比对已开发的椰子基因组数据,共鉴定出20个椰子ZF-HD蛋白。采用生物信息学的方法,对其基因结构、蛋白理化性质、蛋白质保守结构域、超二级结构、系统进化树及表达谱进行分析。结果显示：椰子ZF-HD蛋白多为碱性蛋白,且主要定位于细胞核、叶绿体及线粒体中。椰子ZF-HD基因家族可分为6个亚族,每个亚家族都具有相似的结构域和超二级结构。motif搜索分析显示,CoMIF亚族只含有锌指结构域保守序列,其他亚族均含有锌指结构域序列与同源异形盒结构域序列。表达谱分析显示,CoZHD18、CoZHD20在测序的各组织中表达较少,其他家族成员在各组织中的表达量具有差异性。     

香蕉GAPDH基因家族的生物信息学及转录表达分析

从香蕉基因组数据库和NCBI数据库中检索香蕉GAPDH基因家族的所有成员,并采用生物信息学方法对其进行亚细胞定位、进化树分析和保守结构域预测。克隆测序发现,巴西蕉内的GAPDH基因家族成员序列与小果野蕉基因组数据库中提供的序列基本一致,同源性超过98%。转录表达分析表明,GAPDH基因家族成员在巴西蕉不同器官的表达模式多样:MaGAPCP1,MaGAPC6/8/10/11成组成型表达,其余的基因则在各组织器官间成差异型表达,且差异型表达的基因在不同组织器官中表达模式也不相同,组成型表达的基因在不同组织器官中表达模式虽相同,但表达量有差异。GAPDH基因家族成员在表达模式上的多样化,可能暗示其功能的多样化,这种多样化可能是在进化过程中为适应环境而出现的功能分化或冗余。结果为进一步研究GAPDH基因家族成员在香蕉生长、发育,非生物胁迫,果实后熟等重要生物学过程中的功能奠定基础。     

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TaHKT家族基因的生物信息学分析

高亲和性钾离子转运蛋白（high-affinity K⁺ transporter，HKT）是植物体内一种非常重要的离子转运蛋白，具有运输Na⁺/K⁺的能力，在植物响应盐胁迫过程中发挥重要作用。为系统了解小麦TaHKT家族基因，挖掘有效的小麦耐盐基因，本研究采用生物信息学的方法，对小麦TaHKT家族基因进行了全基因组分析，鉴定了家族成员，构建了系统进化树,并对其跨膜结构域、染色体定位、基因结构、Motif、上游顺式作用元件、共线性以及表达谱等进行了分析。结果鉴定出23个TaHKT基因，其编码蛋白质长度为443~590 aa，等电点范围8.2~10.4，跨膜结构域为6~8个。23个基因分布于小麦的2、4、6、7号染色体上，根据亲缘关系可将其分为3个亚族，同一亚族的成员具有较为相似的Motif组成和基因结构。23个基因中，发现了4对串联重复基因，10对大片段复制基因，具有良好的共线性。顺式作用元件分析发现，大部分TaHKT成员含有盐胁迫响应元件MYB、G-box、ABRE和DRE。表达谱分析发现，TaHKT基因在小麦的16种组织中均有表达，在根、茎中的表达量较高，其中TraesCS4D02G361300（ID,下同）在根中的表达量最高。在盐胁迫处理后，不同成员对盐胁迫响应程度不同，TraesCS7B02G318400在盐胁迫处理后表达量逐渐降低；TraesCS2B02G451400和TraesCS2D02G428200在盐胁迫处理后的表达量也明显降低；TraesCS2B02G451800在根部几乎不表达，但在受到盐胁迫处理后表达量逐渐提高，推测它们在小麦抵御盐胁迫过程中发挥不同作用。     

花生AT-hook家族基因的生物信息学分析

AT-hook蛋白不仅在植物生长发育、器官构建、胁迫和激素信号应答中起重要作用,而且还作为染色质重塑的转录因子和辅助因子,调节基因的转录活性.为全面了解花生AT-hook基因家族的结构特征,利用生物信息学技术比对花生基因组数据库,分析AT-hook基因家族成员的理化性质、基因结构、保守结构域和系统发育关系以及在12个组...     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。     

甘蓝型油菜全基因组DELLA蛋白基因家族的鉴定和表达分析

DELLA蛋白是参与赤霉素调控途径的关键因子,对调节植物的生长发育具有重要的作用。为了揭示甘蓝型油菜中DELLA蛋白家族的分布和特征,利用生物信息分析了家族成员、序列特征、进化关系和组织表达。结果表明,甘蓝型油菜中有13个DELLA蛋白基因,被定位到8条染色体和2条随机序列（chrC09_random和chrCnn_random）上;系统进化树分析发现,该家族被聚为4个亚家族,第一亚家族含有7个基因,第二、三和四亚家族各包括2个基因; DELLA基因呈组织特异性表达,其中BnaA10g17240D、BnaC09g40420D、BnaCnng68300D和BnaC05g47760D在各组织中表达都相对较高,在茎中BnaA06g34810D、BnaA09g18700D和BnaC09g52270D表达最高。本研究为后续基因的功能研究提供参考。     

花生GSTs家族基因的全基因组分析

谷胱甘肽转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能超家族酶,普遍存在于植物体中,作为配体或结合蛋白,在调控植物的生长发育、解除外界毒素作用过程起到重要作用。为全面了解花生GSTs基因家族的结构特性,本论文通过生物信息分析技术对花生GST基因家族进行全基因组鉴定和表达特性分析,结果表明,在花生全基因组中一共有163个GSTs基因,其中A组基因中含有76个,B组基因中含有87个。基因结构和发育进化树将花生GST基因分为6类:Tau、Theta、Lamda、EF1Bγ、Phi和DHAR,花生GST家族基因结构进化相对保守,但各基因的内含子数量及长度有较大差异,其中EK5R9的外显子数最多,达19个;而K7JNV的内含子最长,约18 kb。MEME分析发现,花生GST家族基因中存在9个保守域,各基因中的保守结构域为6～8个不等。染色体定位显示,花生GSTs家族基因在花生A、B染色体组上呈不均匀分布,在A02、A03、A07、A09、B02、B03、B05、B08和B09号染色体上存在1～2个基因簇。表达分析发现,只有80个花生GST基因具有组织表达差异,其中6个的组织表达有极显著差异。本研究为GSTs基因的功能研究及花生抗逆性提高提供了理论依据。     

玉米弯孢叶斑病菌RhoGAP基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

RhoGAPs(GTPase activating proteins)通过与Rho GTP酶结合,促使GTP酶水解成Rho GDP无活状态,在生物体中调控着重要的生物学功能。在全基因组上对玉米弯孢叶斑病菌(C.lunata)中RhoGAP基因家族成员进行鉴定,对其序列特征分析。结果表明,玉米弯孢叶斑病菌(C.lunata)有5个RhoGAP基因家族成员,分布在5不同的Scaffold上,其基因结构分析显示,外显子和内含子大小与位置均不一样,表现出复杂的基因结构。序列比对和系统进化分析发现,5个RhoGAP氨基酸序列与其他真菌来源的RhoGAP一样具有特征性保守序列区,与粗糙脉胞菌(N.crassa)和小麦黄斑叶斑病菌(P.tritici-repentis)的RhoGAP蛋白关系密切,其亲缘关系最近。     

茶树COBRA基因家族全基因组鉴定及表达分析

COBRA基因编码糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白,是次生壁加厚和纤维素含量的调节因子,对植物生长、纤维素含量等有重要作用.本研究通过对茶树基因组数据进行分析,成功的从中鉴定到COBRA基因,并对该基因家族成员的蛋白理化性质、亚细胞定位、进化关系、保守结构域、染色体定位等进行生物信息学分析,同时分析了茶树COBRA成员在PEG诱导的干旱胁迫、茉莉酸甲酯处理、盐胁迫、冷胁迫处理中的转录组数据,最后对茶树进行茉莉酸甲酯处理,基于荧光定量PCR技术的表达水平验证.结果表明:茶树COBRA基因有16个家族成员,相对分子质量24807.70～74813.12,等电点5.43～9.14,亚细胞定位显示在细胞膜和细胞外;根据系统进化树将茶树COBRA基因家族分为5类;保守结构域和motif分析发现相同亚家族的基因结构,保守结构域都属于COBRA基因家族;基因表达分析显示COBRA基因在不同茶树部位和胁迫的表达量有不同差异,说明茶树COBRA基因广泛参与茶树生长发育和非生物胁迫响应.实时荧光定量PCR显示经茉莉酸甲酯处理后,3个CsCOBRA基因表达量趋势大致与转录组数据一致,本研究将为进一步开展茶树COBRA基因家族的功能验证和抗逆作用机理研究等提供参考.     

玉米KCS基因家族的生物信息学分析

蜡质可作为植物生长过程中抵御逆境的第一道 “防护墙” ,其主要成分是超长脂肪酸(Very Long ChainFatty Acids, VLCFAs)的衍生物。β-酮脂酰 CoA合成酶(β Ketoacyl-CoA Synthase, KCS)参与超长链脂肪酸延伸的缩合反应,此反应是超长链脂肪酸合成的限速步骤,决定 VLCFAs的合成速率及碳链的长度。拟南芥 KCS基因家族成员及功能已被鉴定,但玉米 KCS基因家族成员及功能仍不清楚。根据拟南芥 KCS蛋白序列和保守结构特征,对比鉴定出 39个玉米 KCS蛋白,并对其结构域、蛋白质理化性质、组织特异性表达等做出分析。结果表明,玉米 KCS基因家族成员含有相似的保守结构域,按照系统发育将 KCS基因家族成员划分 9个亚家族,该基因家族分布在 9条染色体上。玉米的KCS基因表达模式各不相同,不同玉米KCS基因可能在不同时期表达而调控不同组织的发育。     

大豆OPR基因家族全基因组鉴定与表达分析

为了揭示大豆12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxo-phytodienoic acid reductase, OPR)家族成员GmOPRs在大豆生长发育中和非生物胁迫下发挥的作用,本研究运用生物信息学方法进行大豆OPR基因家族全基因组鉴定及表达分析。结果显示：大豆基因组中共有12个OPR家族基因成员,分布在8条不同染色体上。系统发育进化分析、基因结构分析和保守基序分析结果显示,GmOPRs可分为两个亚组,含有外显子4～5个,内含子3～5个,GmOPR蛋白之间保守基序分布相似。共线性分析鉴定表明共有4对基因存在共线关系,均为片段复制。GmOPRs启动子区域含有响应厌氧、干旱和低温等非生物胁迫以及JA、ABA等多种激素的顺式作用元件。不同的大豆品种及不同的组织中,GmOPRs的表达模式有差异。GmOPR1、GmOPR4和GmOPR9受干旱胁迫影响后表达量下降,GmOPR7、GmOPR8、GmOPR11和GmOPR12随着盐胁迫影响时间的增长表达量增加,表明GmOPRs基因通过多种表达模式响应干旱和盐胁迫。GmOPRs在系统发育进化和基因结构上比较保守,基因家族数量的扩增主要归因于片段重复...     

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。     

玉米CYP基因家族全基因组鉴定及进化与表达分析

利用NCBI中多物种基因组信息以及多种生物软件或在线工具,对玉米CYP基因进行生物信息学分析。结果表明,共鉴定得到23个玉米CYP基因,这些基因不均衡的分布在玉米1～8号染色体上。亚细胞定位分析表明,23个ZmCYPs定位于细胞的不同部位。多物种CYP蛋白进化树将CYP家族蛋白分为9个分支,玉米与高粱中的CYP蛋白多聚类在一支。基因家族内系统进化树联合基因模式图分析表明,处于同一进化分支上的ZmCYPs基因存在基因结构相似而组织表达模式不一致的现象,说明ZmCYPs基因在玉米中功能既存在保守性也存在分歧。对玉米CYP家族蛋白进行motif分析,结合蛋白多序列比对后发现,只有部分ZmCYPs保留了完整的活性位点。启动子顺式作用元件的分析表明,ZmCYPs可能参与光响应及多种非生物胁迫信号通路。对ZmCYPs进行高光强表达谱分析发现,部分ZmCYPs基因表达在高光强环境下受到诱导,表明部分ZmCYPs可能参与玉米在高光强下的适应过程。     

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。     

粗山羊草JAZ基因家族的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于小麦茉莉酸调控通路及其穗部或花器官发育研究的候选基因,基于已发布的粗山羊草全基因组数据,利用生物信息学分析方法鉴定了粗山羊草JAZ基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白结构、启动子顺式作用元件、系统进化关系和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明,本研究共鉴定到9个粗山羊JAZ基因,命名为AetJAZ1-AetJAZ9。染色体定位结果显示,9个粗山羊草JAZ基因分别定位在2D、5D、6D和7D染色体上,其中在7D染色体上分布最多。进化分析表明,粗山羊草JAZ蛋白与短柄草JAZ蛋白亲缘关系最近,且9个粗山羊草JAZ蛋白被分别聚类到了S5、S12、S13、S16和S20五个亚族中,其中S20亚族有五个粗山羊草JAZ蛋白。启动子分析表明,9个粗山羊草JAZ基因启动子顺式作用元件种类和数量存在差异,推测其各自的功能也存在差异。表达谱分析表明,粗山羊草JAZ基因在粗山羊草不同组织间存在不同的表达特性,且不存在组成型表达基因,其中,AetJAZ1和AetJAZ2表现出明显的组织特异性,分别只在穗部、雌蕊和雄蕊中特异表达。     

大豆MYB转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,近年的研究表明其广泛参与多种生物学过程。MYB转录因子在其N端含有其特有的DNA结合基序(MYB-binding domain),能够与DNA分子大沟结合而调控基因表达。本研究通过生物信息学手段,在全基因组水平上筛选鉴定出了304个大豆MYB类转录因子,并对其进行了分类和保守结构域分析;通过与拟南芥的MYB基因进行系统发生分析,将304个大豆MYB转录因子分为了22个亚类;染色体定位分析表明大豆MYB转录因子在所有染色体上都有分布,部分染色体间的MYB蛋白序列高度相似,表明此类基因在进化上具有相同的来源;利用野生大豆盐、碱胁迫下转录组数据,分析MYB基因的表达模式,发现部分MYB转录因子能够响应盐、碱胁迫的诱导,且在盐、碱胁迫下具有不同的表达模式。     

甘蓝型油菜及其二倍体祖先种COR413家族基因生物信息学分析

COR413(cold- regulated 413)是植物响应低温与冷害胁迫的重要基因家族,为深入解析油菜耐寒分子机制,利用生物信息学方法在甘蓝型油菜、白菜和甘蓝基因组中分别筛选和鉴定到11、6和6个COR413基因,它们大部分定位在质膜和叶绿体膜上。COR413家族蛋白高度保守,具疏水性,较稳定,含有COR大家族其它类型蛋白所没有的色氨酸,不含信号肽。拟南芥、白菜和甘蓝组织表达特异性分析发现,亚家族I中的基因大部分在根和叶中有较高的表达量,亚家族II中的基因在茎和叶中有高表达。