向日葵WRKY转录因子家族鉴定与生物信息学分析

WRKY转录因子家族参与了多种激素调节信号通路,在帮助植物响应外界不良环境中起着重要作用。本研究基于向日葵(Helianthus annuus)基因组数据库对向日葵进行了WRKY基因家族成员鉴定、进化关系分析、基因定位、基因结构和保守Motif分析、功能启动子元件和基因共线性分析。结果表明:向日葵中包含117个WRKY家族基因,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,其中Ⅱ类包含Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe五个亚家族。染色体定位显示HaWRKY基因在向日葵所有染色体上均有分布,第10号染色体上分布最多含有18个HaWRKY基因,2号和13号染色体分布最少仅有3个HaWRKY基因。向日葵WRKY转录因子蛋白在59～940个氨基酸之间,平均氨基酸个数为345个,等电点为5.01～10.19不等。基因结构分析表明除Ha WRKY52、HaWRKY82不含内含子,其他成员都含有1～9个不等的内含子。保守域分析表明有12个HaWRKY家族基因WRKYGQK发生了变异,占向日葵WRKY家族的10%。此外,启动子分析表明HaWRKY家族基因启动子区含有大量响应生物胁迫和非生物胁迫元件,共线性分析得到11对加倍复制基因。本研究结果有助于了解向日葵WRKY基因家族成员的情况,为向日葵WRKY基因家族成员进一步的功能分析提供基础。     

蝴蝶兰NBS-LRR家族基因挖掘和生物信息学分析

植物抗病基因(R基因)中最重要的一个家族,大部分具有NBS(nucleotide-binding site)和多个LRR(leucine-rich-repeat)结构域,称为NBS-LRR基因家族。小兰屿蝴蝶兰(Phalaenopsis equestris)全基因组测序的完成为蝴蝶兰NBS-LRR基因家族的研究提供了重要生物信息学数据。大辣椒蝴蝶兰(Phalaenopsis Big Chili)对病毒复合感染具有较强的耐受性,对筛选蝴蝶兰响应病毒相关关键基因具有重要意义。本研究依据小兰屿蝴蝶兰全基因组测序和大辣椒蝴蝶兰响应病毒胁迫转录组的测序结果,采用Pfam、HMMER、Orchid Base 3.0、Uniprot、NCBI Blast、Paircoi2网站和Bioedit、MEGA5.1、Clustal W软件,对蝴蝶兰进行了NBS-LRR基因的筛选和分类,确定了蝴蝶兰的NBS-LRR基因类型、结构和系统发育学关系,从小兰屿蝴蝶兰中筛选到21个NBS-LRR家族基因,占全基因组基因总数的0.008%,其中CNL型4个,NL型5个,CN型2个,无Tir型。从大辣椒响应病毒胁迫转录组数据中筛选到34个NBS-LRR家族基因,其中有4个基因在响应不同时期差异表达明显,与小兰屿蝴蝶兰NBS-LRR基因具有较高的同源性。随后对NBS-LRR蛋白序列的motif进行分析,具有14个相对保守的motif,部分位置稳定,部分存在缺失、移位或增加等变异。NBS-LRR基因的分类,蛋白序列的motif分析和响应病毒胁迫NBS-LRR基因的筛选为研究蝴蝶兰响应病毒关键NBS-LRR家族基因的功能研究提供重要依据。     

猕猴桃WRKY转录因子家族全基因组鉴定与分析

本研究旨在鉴定猕猴桃WRKY基因家族成员,为进一步研究Ac WRKY转录因子在猕猴桃生长和发育进程及生物和非生物胁迫中的调控作用提供信息。利用‘红阳’猕猴桃全基因组数据,通过生物信息学在线分析网站与软件利用的方法,对猕猴桃WRKY转录因子家族成员进行鉴定和系统分析。分析表明:从猕猴桃全基因组中共鉴定出89个Ac WRKY基因,分组鉴定和进化分析显示,Ac WRKY蛋白可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ个类型。Ⅰ组共有19个成员,其锌指结构是CX_4CX_(22-23)HXH(C_2H_2类型);Ⅱ组共有61个成员,进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe共5个亚组,分别有4、7、27、11和12个成员,其锌指结构为CX_(4-5)CX_(23)HXH(C_2H_2类型);Ⅲ组有9个成员,其锌指结为CX_7CX_(23-24)HXC(C_2HC类型);Ac WRKY蛋白序列比对及保守基序分析表明,Ac WRKY结构域高度保守,但也存在一定的变异。染色体定位表明Ac WRKY基因不均匀分布于除9号染色体外的28条染色体上,有11个WRKY基因无法定位到染色体上,同时发现部分基因存在串联复制现象。同源拟南芥不同组织的基因表达模式分析表明,33个WRKY基因在植物根、叶、花和果四个器官中均有显著性表达,但相对表达水平存在差异。猕猴桃WRKY基因家族具有丰富的生物学功能,与其它已报道的物种WRKY基因相似,广泛参与植物营养和生殖生长以及环境胁迫等多方面的调控。     

高粱WRKY家族成员鉴定及生物信息学分析

WRKY转录因子是调控植物生长发育的重要转录因子,本研究利用高粱基因组数据库(v3.1.1),通过生物信息学分析鉴定出97个高粱WRKY基因家族成员,其CDS序列长度为423～4 965 bp,编码氨基酸长度为141～1 655 aa。染色体定位发现97个基因不均匀地分布于10条染色体上,其中3号染色体上数目最多,有23个WRKY基因,6号染色体最少,只有5个WRKY基因。根据WRKY保守结构域和锌指结构的特点对97个转录因子进行分类,可将它们分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三大类,分别有11个、70个和16个成员。另外对WRKY蛋白保守基序分析发现WRKY结构域有3个保守基序组成,各组成员的保守基序基本一致。部分蛋白的WRKY保守域和锌指结构具有多样性,分析发现部分高粱WRKY蛋白的WRKYGQK结构域中‘Q’突变为‘E’、‘S’和‘K’。系统进化关系显示高粱Ⅱ、Ⅲ类WRKY转录因子类聚在Ⅰ的下级分支上,表示Ⅱ和Ⅲ类可能是由Ⅰ类进化而来的。     

欧李CKX基因家族的鉴定及表达分析

为深入了解细胞分裂素脱氢酶(CKX)基因家族在欧李基因组中的特征,本研究利用生物信息学的方法对CKX基因家族进行鉴定,并对其系统发育、染色体定位、基因结构、蛋白保守基序、顺式作用元件和组织表达模式等进行分析。结果表明：从欧李基因组中共鉴定出6个CKX家族基因,且都具有Cytokin-bind和FAD＿binding＿4结构域,蛋白长度为518～563 aa,分子量为58.08～63.63 kD,等电点为5.38～6.9,其不均匀地分布在欧李的3条染色体上;ChCKX蛋白二级结构均由α-螺旋、β-折叠、延伸链、无规则卷曲四部分组成;亚细胞定位6个ChCKX蛋白中有2个位于细胞质中,4个位于质膜中;ChCKX2基因具有4个外显子,其余成员都具有5个外显子;6个ChCKX蛋白质序列都包含motif 1～motif 10的保守基序且保守基序的数量和排列次序一致;系统进化树上CKX基因家族可分为4组,每组都含有不同数量的基因;启动子顺式作用元件分析表明,本基因家族主要响应光照、低温、干旱、玉米蛋白代谢、激素等多种因子;ChCKX家族中成员在不同品种和不同组织中差异表达,ChCKX2在叶片中的表达...     

谷子MAPK家族成员的鉴定及其对生物胁迫的响应分析

MAPK在植物的生长发育调节、生物和非生物胁迫反应、激素信号转导中具有重要作用。系统分析谷子SiMPKs基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同胁迫的表达特性,对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用谷子和水稻MAPK蛋白保守结构域及特异TXY基序的氨基酸序列在全基因组水平鉴定了谷子SiMPKs家族成员,分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、蛋白质保守基序、启动子顺式作用元件及共线性等。利用荧光定量PCR技术,分析了谷子SiMPKs在不同组织部位和谷锈菌、玉米螟病虫害生物胁迫以及不同激素处理下的表达模式。结果显示,共鉴定到15个谷子SiMPK成员,其编码的蛋白质含有220～611个氨基酸,相对分子量范围25.77～69.63 kD,等电点范围5.46～9.34。系统进化分析表明, SiMPK基因分为4组, A、B、C组包含TEY基序,D组包含TDY基序。SiMPK基因分布在1号、3号、4号、5号、8号和9号染色体上,含有3～11个外显子,所有SiMPK蛋白均含有motif1与motif2。上游2000bp启动子区域预测到多个与胁迫、激素和植物生长发育等相关的...     

甘蓝型油菜BnCNGC基因家族鉴定及其在核盘菌侵染和PEG处理下的表达特性分析

CNGC是植物中普遍存在的环核苷酸门控通道,对植物的逆境响应有重要作用。系统分析甘蓝型油菜BnCNGC基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同逆境胁迫的表达特性,对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用拟南芥和甘蓝CNGC蛋白保守结构域及特异基序氨基酸序列在全基因组水平鉴定了甘蓝型油菜BnCNGC家族成员,分析其基因结构、染色体定位、蛋白理化性质、蛋白保守结构域、系统进化及启动子顺式作用元件等。利用转录组数据,筛选甘蓝型油菜逆境响应候选BnCNGC成员,并采用实时荧光定量PCR分析其在核盘菌、PEG模拟干旱胁迫下的表达模式。结果显示,共鉴定到49个甘蓝型油菜BnCNGC成员,分布于除A08、C06的17对染色体上,含有5～10个内含子,其上游1500 bp包含大量逆境胁迫响应元件。BnCNGC家族成员编码的蛋白质含413～801个氨基酸,相对分子量(MW)范围47.62～110.58kD,等电点(pI)范围6.10～9.88。系统进化分析表明,BnCNGC分为Group Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四类。转录组数据分析表明, BnCNGC9、BnCNGC27和BnCNGC48均参与逆境胁...     

‘GDDH13’和‘山定子’WRKY基因家族生物信息学比较及MdWRKY基因家族表达分析

WRKY基因家族是植物中最大的转录因子家族之一,在植物生长发育和抵御逆境胁迫中发挥重要作用。‘山定子’是中国重要的野生苹果属抗性种质资源,抗寒能力强。本研究通过生物信息学方法,较全面的比较了‘山定子’和栽培苹果‘GDDH13’两份材料中的WRKY基因家族信息,结果显示:‘GDDH13’中WRKY基因数量比‘山定子’多7个,多出的7个WRKY基因分布在GroupⅠ和GroupⅢ两个亚组中;通过比较发现‘山定子’和‘GDDH13’中的WRKY结构域和基因结构在相近亚组内非常保守;发现‘山定子’的WRKY基因家族有更多的成员启动子区含有低温和干旱响应元件,这可能与‘山定子’抗逆性强有关;通过基因染色体位置和苹果基因组范围内对MdWRKY基因进行的同线分析表明串联重复和部分重复,可能在苹果WRKY基因家族的扩张和进化中发挥了重要的作用;通过器官特异性表达模式和果实发育过程表达分析,鉴定到MdWRKY64和MdWRKY67可能与苹果果实成熟密切相关;通过不定根发育过程的表达分析,筛选到8个MdWRKY基因可能参与苹果不定根的形成。本研究为苹果WRKY基因的进化提供了一些数据,并为苹果WRKY基因的功能鉴定提供了参考,进一步为苹果的分子育种提供了帮助。     

石榴GST基因家族全基因组鉴定及表达分析

谷胱甘肽硫-转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能蛋白酶(EC 2.5.1.18),可参与解毒作用、抵御生物与非生物胁迫以及次级代谢物质运输。本研究以石榴(Punica granatum)为材料,在其全基因组中共鉴定到44个Pg GSTs基因家族成员。44个成员编码蛋白氨基酸长度为103～417 aa,分子量为11.87～47.42 kD,理论等电点在4.96～9.34,大部分成员定位于细胞质。进化分析显示,Pg GSTs可以划分为8个亚家族,石榴U型和F型亚家族成员居多数。其中43个基因家族成员均含有GST_N保守基序motif 1和motif 2。染色体定位与共线性分析显示,44个成员在8条染色体不均匀分布,存在10处串联重复,并与苹果MdGSTs具有更近的基因进化起源关系。上游2 kb区域顺式作用元件分析表明,该基因家族成员能够响应非生物胁迫、植物激素等刺激。转录组表达分析显示Pg GST有一定的组织表达特异性,其中PgGSTF3可能参与了成熟花和果实外种皮花青苷转运积累过程。本研究可为深入研究石榴GST基因家族生物学功能提供理论基础。     

白菜HSP90基因家族的鉴定及表达分析

本研究为了深入研究白菜(Brassica rapa)热激蛋白90(heat shock protein 90, HSP90)家族基因在温度胁迫下的响应机理及相关功能,利用生物信息学的方法对白菜HSP90基因家族成员进行了鉴定,同时分析了这些家族成员的理化性质、基因结构、进化关系、染色体分布、启动子元件以及表达模式。结果表明：白菜中至少含有14个HSP90基因,氨基酸长度在490～820之间,呈酸性,分布于10条染色体上,含有1～19个不等的内含子,10个保守基序;基于系统进化树分析,将14个基因分为5个簇;顺式作用元件分析得到7个响应温度胁迫基因;荧光定量分析表明这些基因在温度胁迫下存在显著差异,表明这些基因广泛参与温度胁迫响应。本研究为后续白菜HSP90基因功能挖掘提供科学参考。     

大白菜TPS基因家族鉴定及其在高温胁迫下的表达分析

为明确大白菜TPS(BrTPS)家族成员信息及对高温胁迫信号的响应,本研究利用生物信息学方法,在大白菜基因组数据库中鉴定了BrTPS基因家族成员,并对其理化性质、进化特征、蛋白结构及在高温胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,大白菜全基因组含有15个TPS基因家族成员,分布于8条染色体上。除BrTPS14和BrTPS15外,其余成员各含有1个TPS和1个TPP结构域,并且所含motif的排列顺序也完全一致。理化性质分析发现,15个成员的氨基酸长度介于129~1459 aa之间,分子量大小在14.73~165.83 kD之间,大部分BrTPS蛋白为酸性蛋白和亲水蛋白,以无规则卷曲作为二级结构主要构成元件。进化分析表明,大白菜TPS基因家族成员可分为2类,其中ClassⅠ包含5个成员,ClassⅡ包含10个成员。本研究对高温胁迫前后不同组织和持续高温胁迫下叶片中的表达分析,发现大部分的BrTPS基因可对高温胁迫产生响应,但在表达规律上存在差异。这些研究结果为后续研究大白菜TPS基因提供一定参考。     

甜瓜MADS-box基因家族的鉴定及系统进化分析

中国是甜瓜的主要生产国家，种植面积和产量都位于世界首位。本研究通过全基因组分析鉴定了甜瓜MADS-box基因家族成员，分析甜瓜MADS-box基因家族成员的染色体定位、多重序列比对、motif分布和外显子-内含子结构分布，以及对其成员进行进化及表达分析，并分析启动子区的顺式作用元件分布。结果显示，从甜瓜全基因组数据库中共鉴定了45个甜瓜MADS-box基因，其中Ⅰ型基因11个，Ⅱ型基因34个；通过系统发育分析，Ⅰ型基因主要分布于Mβ和Mγ亚家族中；Ⅱ型基因则分布于13个亚家族；Ⅰ型基因与Ⅱ型基因的motif分布和外显子个数区别明显，但同型基因区别不大；对CmMADS-box基因家族全生理期表达量进行可视化分析并进行了共线性分析；根据启动子区的顺式作用元件分布情况，推测CmMADS-box基因可能响应多种外界胁迫，即具有功能多样性。该研究结果为探究甜瓜MADS-box基因家族生物学功能提供参考。     

百脉根WRKY基因家族生物信息学分析

WRKY转录因子是一个超家族的调节因子,参与植物的多种生物过程和逆境胁迫反应。然而,在百脉根中对WRKY家族还没有相关的研究。本研究共鉴定出79个LjWRKYs基因,它们不均匀分布在各染色体上的基因位点编码,与拟南芥At WRKYs进行系统发育分析,分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类。保守基序和外显子-内含子数目表明79个LjWRKYs在不同亚簇中均具有较大的差异,顺式作用元件结果显示在上游2 000 bp启动子区域包含多种逆境胁迫、激素和生长发育相关的元件。共线性结果有36对片段复制和1对串联重复复制共线性基因,且Ka/Ks均小于1。本研究通过分析百脉根WRKY基因家族的基本结构与性质,为深入研究百脉根WRKY基因家族提供了基础。     

谷子SBP转录因子的鉴定与表达分析

为明确谷子SBP基因家族成员、系统发育以及生物学功能,本研究通过构建隐马尔可夫模型和本地数据库,在谷子全基因组数据库中扫描含有SBP结构域的SBP基因家族成员,并进一步对染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序和组织表达模式进行分析。从谷子全基因组数据库中共鉴定到20个SBP成员,以不均匀方式分布在9条染色体上;系统进化树分为GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ、GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ6个亚族;亲缘关系较近的基因具有相似的结构和保守基序,谷子SBP蛋白都含有保守motif 1和motif 2,大部分谷子SBP基因的内含子个数在1～4之间;谷子SBP基因在不同组织中的表达模式具有特异性,具有相同表达模式的基因聚类在一起。本研究初步明确了谷子SBP转录因子的分类、进化关系、结构特点以及组织表达模式。研究结果为进一步研究谷子SBP转录因子的系统发育以及生物学功能提供了理论基础,同时也为培育优良谷子种质资源提供科学依据。     

空心菜WRKY基因家族成员鉴定与表达分析

为了更好地了解植物特有的WRKY转录因子在调控空心菜(Ipomoea aquatica)花青素生物合成途径中的作用,利用课题组前期发表的高质量基因组数据,对空心菜WRKY基因家族成员(IaWRKY)进行了全基因组鉴定与表达分析。结果显示,空心菜拥有82个IaWRKY基因。其中,80个IaWRKY基因可以分为3组(Ⅰ组,Ⅱ组和Ⅲ组)。另有2个IaWRKY基因(IaWRKY10和IaWRKY75)没有与拟南芥WRKY基因(AtWRKY75)聚类在一起。此外,Ⅱ组可以进一步分为5个亚组。motif分析显示,同一亚组的IaWRKY蛋白具有相似的motif分布模式。基因结构分析显示,大多数IaWRKY基因拥有3个外显子。染色体定位分析显示,IaⅢWRKY基因不均匀分布在15条染色体和4条Scaffold上。启动子序列分析显示,IaWRKY基因具有多种顺式作用元件。RNA-seq与RT-qPCR结果分析显示,IaWRKY26基因在紫色茎秆空心菜中的转录本丰度是绿色茎秆空心菜中的30倍以上。本研究为探索植物花青素合成机理提供了重要的基因资源。     

马铃薯NCED基因家族全基因组鉴定与表达分析

脱落酸(ABA)在植物响应生物胁迫和非生物胁迫过程中具有重要调节作用。9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是ABA合成限速酶,位于ABA生物合成通路上游。为明确马铃薯NCED基因家族成员以及NCED基因表达特性,本研究在全基因组水平鉴定马铃薯NCED基因家族成员,并通过染色体定位、理化性质表征、系统发育树构建、基因结构分析以及启动子顺式作用元件鉴定对该基因家族成员进行系统研究。基于马铃薯参考基因组,共鉴定到10个马铃薯NCED基因,染色体定位分析显示这些基因分布在4条染色体上;基因理化性质分析表明,该基因家族蛋白分子量介于50～70 kD之间,等电点介于5.48～8.71之间;启动子序列分析显示该基因家族具有大量与多种植物激素相关的顺式作用元件;最后通过实时荧光定量PCR明确接种茄链格孢(Alternaria solani)后马铃薯NCED基因家族的表达模式。本研究为深入挖掘NCED基因家族在马铃薯与茄链格孢互作中的作用提供了理论基础。     

核桃LIM基因家族生物信息学分析

LIM (LIN11, Isl1和MEC3)可参与细胞骨架构建、代谢调控以及生物和非生物胁迫等多种生命过程,是真核生物谱系中普遍存在的重要转录因子之一。为深入了解核桃LIM基因家族信息,本研究从核桃全基因组数据库中最终筛选确定了15个LIM基因,利用生物信息学方法对核桃LIM家族进行系统分析。结果表明,15个核桃LIM基因,其氨基酸序列长度介于189～577 aa,理论等电点介于5.56～9.08,分子量介于20.80～65.85 k D,均为疏水性蛋白,主要位于细胞核和叶绿体中,根据进化分析将其分为5个亚族。启动子区顺式作用元件分析表明,该基因家族成员受脱落酸、乙烯、茉莉酸甲酯和水杨酸4种激素调节,并能响应低温逆境。本研究基于核桃全基因组分析,鉴定出15个LIM基因家族成员,系统分析了理化性质、基因结构、染色体定位及顺式作用元件,为进一步探索核桃LIM基因家族在核桃树体响应逆境胁迫的生物学功能提供了参考依据。     

白桦SAUR基因家族鉴定及生物信息学分析

SAUR基因家族作为植物生长素早期响应基因家族中最大的一个家族,参与到植物细胞伸长、果实发育、胁迫应答等多个生物学过程。本研究基于白桦全基因组数据,对白桦SAUR基因家族进行鉴定和生物信息学分析。结果表明,白桦共有61个SAUR家族基因,这些基因不均匀分布在14条染色体上,理化性质分析表明,大部分BpSAUR蛋白呈碱性,为不稳定蛋白,脂溶性系数较高,为亲水性;系统进化和基因结构分析表明,61个白桦SAUR基因被分为4类(GroupⅠ～GroupⅣ),其中GroupⅣ中BpSAUR基因最多,同一分类的BpSAUR基因更倾向于在染色体上聚集分布,大部分白桦SAUR家族基因为无内含子或少内含子基因。白桦SAUR家族基因启动子还拥有多个光响应、激素响应元件与逆境胁迫作用元件,说明其可能参与白桦生长发育及胁迫应答等多个生物学过程。该家族基因在白桦的不同组织部位和不同发育阶段的表达量也不同,主要在幼茎、成熟茎和成熟叶中集中表达。本研究通过对白桦SAUR基因家族进行深入分析,以期为白桦分子育种奠定良好基础。     

陆地棉干扰素相关发育调节因子的生物信息学分析

干扰素相关发育调节因子(interferon-related developmental regulator factor, IFRD)主要参与植物耐盐机制和-ABA-信号传导途径。为深入了解陆地棉IFRD基因家族功能,本研究通过对锦葵科植物陆地棉IFRD基因家族成员进行了染色体定位、亚细胞定位、构建进化树、基因结构可视化、motif序列检测、构建蛋白互作网络及表达模式等生物信息学分析,鉴定得到了15个陆地棉IFRD基因家族成员,分布在陆地棉的九条染色体上,根据系统发育树分析将其分为两个亚家族,亚家族Ⅰ成员与锦葵科植物同源性较高、亚家族Ⅱ成员与锦葵科和蔷薇科同源性较高;GhIFRD亚家族Ⅱ成员在陆地棉各组织中表达量比亚家族Ⅰ成员较高,推测其参与陆地棉生长发育的调控;GhIFRD亚家族Ⅰ、亚家族Ⅱ都有部分成员响应逆境胁迫。通过陆地棉蛋白互作发现陆地棉IFRD可能参与mRNA的剪切、核糖体的加工以及核糖体上蛋白起始翻译、DNA损伤修复过程。启动子分析显示：亚家族Ⅰ成员GhIFRD13具有较多的激素类调节元件与逆境响应元件,推测其在陆地棉逆境胁迫响应中起重要作用。研究表明陆地棉IFRD基因家...