雷蒙德氏棉KNOX基因家族全基因组鉴定及表达分析

为探究KNOX基因家族在棉花生长发育中的调控作用,本研究以雷蒙德氏棉为材料,利用生物信息学的方法全基因组鉴定KNOX家族成员,并对其保守结构域、进化模式、染色体定位、基因结构和基因表达情况进行分析。共鉴定到22个KNOX基因,分布于10条染色体上,其中13个基因发生了片段复制。除GrKNOX9和GrKNOX15外,其余GrKNOX蛋白均含有KNOX1,KNOX2,ELK和HOX四个典型结构域。Gr KNOX基因家族进化聚类成两组：ClassⅠ和ClassⅡ。ClassⅠ组包含13个基因,ClassⅡ组含有9个基因。GrKNOX基因在叶片、花瓣、开花后10、20、30和40 d的种子中的表达分析显示,ClassⅠ组成员表达模式差别较大,ClassⅡ组成员表达模式较相似。GrKNOX12、GrKNOX1、GrKNOX17、GrKNOX2、GrKNOX11、GrKNOX3和GrKNOX22在测定的组织中表达量均较高;GrKNOX6、GrKNOX16和GrKNOX19在开花后20、30和40 d的种子中表达量较高,推测这3个基因参与调控棉花种子发育过程。本研究为进一步探究KNOX基因家族在棉花...     

苹果AAAP基因家族的鉴定与分析

为了对苹果MdAAAP基因家族的功能进行深入研究,本研究利用生物信息学方法对苹果MdAAAP基因家族进行鉴定,并对其家族成员的生物学信息进行分析。结果表明,在苹果中共鉴定到95个MdAAAP基因家族成员,编码氨基酸在89～569,分子量大小在10.37～62.78 kD,不稳定系数为10.92～76.66,等电点为4.79～9.55,脂肪族氨基酸指数为78.73～142.90,亲水性为-0.426～1.255。亚细胞定位预测结果表明93个MdAAAP蛋白定位在细胞内膜。MdAAAP基因不均匀地分布在18条染色体上。系统进化树分析将MdAAAP基因家族分成8组(AAP, LHT, GAT, ProT, AUX, ANT, ATLa和ATLb),本研究初步了解了苹果MdAAAP基因家族成员的特征和功能,为后期在苹果中该基因的功能研究在分子水平上提供了理论支撑。     

陆地棉NF-YB基因家族的全基因组分析

为了进一步了解NF-YB基因家族结构的功能,利用生物信息学手段,系统研究了陆地棉标准系TM-1基因组中NF-YB基因家族的数目、亚细胞定位、染色体分布、进化关系、基序以及组织表达情况。结果表明:TM-1基因组中共有41个NF-YB基因家族成员,它们含有相同的CBFD_NFYB_HMF结构域,大部分定位到细胞核内;41个NF-YB基因家族成员分布在19条染色体上,其中有19组成员在A亚组和D亚组中表现为直系同源基因;进化树分为Ⅰ和Ⅱ2个小组,每个小组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析则发现,在这41个NF-YB基因家族成员中,至少有24个成员可以进行表达,且表现出一定的组织特异性。     

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。     

玉米ZmC2s基因家族鉴定及ZmC2-15耐热功能分析

鉴定玉米ZmC2s基因家族成员,分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性,为明确其在玉米耐热方面的功能和分子机制奠定基础。使用C2蛋白结构域PF00168,利用hmmsearch从玉米全基因组中搜索ZmC2s基因家族成员,分析其编码蛋白质等电点和分子量、系统进化和基因家族复制。使用候选基因关联分析的方法,对ZmC2s基因自然变异位点与玉米苗期耐热性进行关联分析,发现玉米ZmC2s基因家族重要的耐热候选基因。使用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)的方法鉴定与玉米苗期耐热性最显著相关的ZmC2候选基因ZmC2-15在胁迫和激素处理下的基因相对表达水平,在玉米原生质体瞬时表达系统中鉴定ZmC2-15-GFP的亚细胞表达部位,以及获得过表达ZmC2-15的转基因拟南芥并分析其耐热性。从玉米参考基因组B73中共鉴定出95个玉米ZmC2s基因,根据其物理坐标的先后顺序,将95个玉米ZmC2s基因命名为ZmC2-1～ZmC2-95。其蛋白长度为130～2141,等电点为4.1～10.8,分子量为14.1～230.1。通过构建玉米、水稻和高粱基因组C2基因的进化树,发现C2基因可以分为3个大的聚类分支,每...     

胡椒CPK基因家族鉴定与表达分析

钙依赖蛋白激酶(CPK)可作为Ca²⁺的感受器和效应器,在结合Ca²⁺后通过解除自抑制而激活自身激酶活性,并通过磷酸化靶蛋白实现信号转导。为了筛选鉴定胡椒CPK基因家族,探讨其基因进化及表达模式,本研究依据已公布胡椒基因组信息,利用生物信息学方法对胡椒CPK基因家族进行鉴定,共鉴定获得30个CPK基因,命名为PnCPK1～PnCPK30,并对该家族基因进行染色体定位、系统进化、基因结构、保守基序、基因复制事件和表达分析。结果显示,大多数PnCPK基因含有6～8个内含子,30个PnCPK基因不均等地分布在18条染色体上,共有21对复制基因对,串联重复仅2对,Ka/Ks结果说明,胡椒CPK基因家族在进化选择中主要受纯化选择影响;为进一步分析胡椒和其他植物的同源进化关系,构建了胡椒与拟南芥、水稻的CPK进化树,胡椒CPK家族可分为4个亚族,GroupⅡ和GroupⅢ较保守;基于转录组数据结果显示,PnCPK家族各成员表达差异较明显,多数PnCPK成员在各组织中表达量差异不大,荧光定量PCR结果推测PnCPK4、PnCPK10和PnCPK16可能参与...     

玉米miR395基因家族生物信息学分析及靶基因预测

MicroRNA(miRNA)具有调控基因表达的作用,为了揭示玉米miR395基因家族进化规律、表达模式及功能,开展了基因定位、多序列比对、顺式作用元件分析、二级结构分析、靶基因预测及表达模式分析。结果共鉴定到16个成员,且均集中分布在第2号、第10号染色体上;19个碱基完全相同,表明在进化过程中具有高度保守性;具有18个ABRE类顺式作用元件,推测其通过参与调节ABA信号传导,提高玉米抗逆性;多数靶向基因参与硫酸盐同化,初步推测玉米miR395基因家族参与玉米硫代谢;转录组分析发现zma-miR395基因家族中一些成员为下调表达模式。研究结果为后续玉米相关基因的功能解析奠定了基础。     

荔枝漆酶(LAC)基因家族鉴定及表达分析

探索荔枝漆酶(LAC)基因家族的数量、结构和进化关系,可以为解析漆酶基因功能提供理论依据,为探索荔枝果皮褐变机制提供基础。本研究利用生物信息学分析手段,对LAC基因家族成员数量、保守结构域、家族成员的亚细胞定位及染色体位置、系统发育和顺式作用元件,以及基因家族成员在不同组织器官和采后贮藏果皮中的表达情况进行了分析。结果表明,荔枝基因组中共鉴定出61个LAC家族成员,编码的氨基酸残基长度在127～958 aa,分子量在14.07～103.47 Da,等电点在4.42～10.34;亚细胞定位分析表明,有19个LAC家族成员定位在叶绿体中,17个LAC家族成员定位在液泡中,其他成员分别定位在内质网、细胞外基质等。61个荔枝LAC家族成员分别定位在10条染色体上,其中第13号和8号染色体上LAC基因数量最多,且呈簇状分布于染色体一端。系统发育树将荔枝LAC家族分为5个亚组,第Ⅴ亚组最大,有30个家族成员,第Ⅳ亚组最小,仅有8个家族成员。荔枝LAC家族的结构域组织相对保守,具有典型的Cu-oxide漆酶结构域。荔枝LAC基因启动子序列分析发现了大量的顺式作用元件,可能与漆酶家族功能多样性相关。1...     

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...     

玉米TCP转录因子家族的全基因组鉴定及表达模式分析

TCP (Teeosinte branched I, Cycloidea, Proliferating Cell Factors 1和2)是一类植物特有的转录因子家族,包含一个高度保守且非典型的螺旋-环-螺旋(bHLH)结构域,在植物生长发育的不同阶段发挥着重要作用,但在玉米中该基因家族的相关研究报道较少。本研究利用生物信息学方法在玉米全基因组中鉴定TCP转录因子家族成员,并对该家族成员的理化性质、基因结构、染色体定位、进化关系、保守基序及表达模式等进行了分析。结果表明,玉米TCP转录因子家族共包含43个成员,根据系统发育分析可以将其划分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族,其中,ClassⅡ亚家族又可以分为CYC-TCP和CIN-TCP两个亚类。玉米TCP转录因子家族蛋白的氨基酸残基数为44～269aa,相对分子质量在5.20～29.54kD,等电点范围在5.04～11.55。基因染色体定位分析发现,玉米10条染色体上均含有TCP基因,且在4号染色体上最多,有8个基因。对该家族基因结构的分析表明,在玉米TCP家族中有66.8%的基因只含有一个外显子,低于拟南芥的82%,表明玉米TCP拥有更加丰富的基因结构。此外,本研究在玉米TCP家族蛋白中共鉴定到20个保守基序,其中有32个TCP蛋白包含motif 1,占总数的74.4%。玉米籽粒RNA-Seq数据分析表明,玉米TCP转录因子家族有26个成员在玉米籽粒中表达,ZmTCP37等基因在不同部位、不同时期均有表达,ZmTCP8等基因在特异部位、特异时期表达。本研究在玉米中鉴定了TCP基因家族基因数量、系统进化关系、保守结构域、在染色体上的定位及玉米籽粒中TCP基因表达模式,为揭示玉米TCP基因家族在玉米籽粒中的功能奠定了基础。     

油橄榄PLATZ基因家族的鉴定及表达模式

PLATZ是植物中发现的一类锌指类转录因子,对于调控植物的基因表达具有重要作用。为明确油橄榄中PLATZ基因家族成员的特征,本研究对油橄榄PLATZ基因家族进行了鉴定与分析。结果表明：在油橄榄中共鉴定到29个PLATZ基因家族成员(OePLATZs);不同OePLATZs基因之间结构较为保守;染色体定位表明基因在染色体中分布比较分散,亚细胞定位结果显示其中28个OePLATZs蛋白质定位在细胞核中,而OePLATZ3蛋白质定位在线粒体中;结构预测发现二级结构中具有较大比例的无规则卷曲,三级结构中29个OePLATZs蛋白质在基序Ⅰ处多有α-螺旋的存在,在基序Ⅱ处多为是无规则卷曲;根据基因差异表达结果可将OePLATZs基因在不同组织中的表达模式分为8类,并根据干旱胁迫条件下树枝组织的转录组数据,鉴定了发生上调和下调的OePLATZs基因;系统发育分析发现油橄榄和拟南芥的PLATZ基因家族成员之间有较近的亲缘关系。本研究初步鉴定并分析了油橄榄的PLATZ基因家族成员的特征与功能,为进一步对油橄榄PLATZ家族转录因子的生物学研究提供了一定基础。     

白桦TLP基因家族生物信息学及组织表达特异性分析

为全面了解白桦类甜蛋白(thaumatin-like protein, TLP)基因家族成员的结构、功能和表达特性,本研究采用同源序列比对法,从白桦基因组数据库中筛选并鉴定到41个类甜蛋白基因家族成员,分别命名为BpTLP1～BpTLP41,对其进行生物信息学分析,并通过半定量对白桦TLP家族成员的组织表达特异性进行了分析。结果表明,41个白桦类甜蛋白家族成员分别定位在11条染色体上,其中8号染色体分布最多,包括14个家族成员。该家族成员的氨基酸数量在336～975 aa之间,分子量在28 054.11～81 966.03 kD之间,理论等电点在5.01～5.21之间,偏酸性。基因半定量结果表明,41个白桦TLP家族成员在根、茎、叶中均有不同程度的表达,其中,BpTLP35、BpTLP39在叶片中表达量较高,Bp TLP14、BpTLP35、BpTLP36在茎中表达量较高,BpTLP41、BpTLP3在根中表达量较高。     

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...     

雷蒙德氏棉Argonaute基因家族的生物信息学预测与分析

Argonaute(AGO)蛋白是参与小RNA调控通路的重要元件,在生命体的生长发育过程中发挥着重要作用。本研究利用AGO蛋白的保守域在雷蒙德氏棉基因组中进行同源比对,鉴定出15个成员,并对其进行进化关系、染色体定位、基因结构、保守域、时空表达模式等分析。结果表明:该家族成员基因长度从3335到9086bp不等,其中11个基因被定位到7条染色体上;该家族成员可分为3个亚族,包含5个小组,各亚族内、小组间成员也存在很高的保守性;发现每个基因都有不同的时空表达模式,且各小组内成员之间存在协同和互补2种表达模式,找到在花器官特异表达的基因1个,胚珠中特异表达的基因3个。本文首次对棉花中AGO基因家族进行了鉴定和生物信息学分析,为进一步研究AGO基因家族在棉花中的功能奠定了基础。     

玉米全基因组中UXS基因家族的鉴定及生物信息学分析

UXS基因参与植物细胞壁的合成过程,在植物生长发育中起着重要作用。本研究采用生物信息学方法鉴定了玉米全基因组中全部UXS结构基因,对其命名和检测相关属性,并对玉米中UXS结构基因家族进行构建进化树和染色体定位。通过对进化树的分析可清晰地看出基因的相似程度和基因之间的亲缘进化关系,染色体定位图的分析可看出基因在染色体上的位置,为进一步了解UXS结构域基因家族的在玉米植株中的作用及功能分析提供了重要依据。     

枣LAC基因家族的鉴定与表达分析

对枣LAC基因家族成员进行鉴定,并进行生物信息学和表达模式分析,为进一步研究枣LAC基因家族成员的功能提供参考依据。从枣(Ziziphus jujuba Mill.)基因组中鉴定得到36个ZjLAC基因,编码439～621个氨基酸,分子量大小在49.09～69.86 kD之间,等电点为4.97～9.77,大多数为亲水性蛋白。亚细胞定位预测发现,47.22%的ZjLAC蛋白位于细胞外。ZjLAC基因家族成员不均匀地分布在枣的9条染色体上,其中定位到Chr.11上的成员最多有8个。系统发育分析将ZjLAC基因家族成员分成6组(Ⅰ～Ⅵ)。对枣LAC基因表达模式分析结果表明,8个成员在"壶瓶枣"果实发育过程中表达量较高,结合系统发育分析,推测这些基因可能在枣逆境胁迫和类黄酮代谢过程中发挥着重要作用。本研究为ZjLAC家族基因的功能研究奠定了理论基础。     

玉米转录因子NF-YB基因家族的生物信息学分析

为揭示玉米NF-YB基因家族的功能,本研究利用生物信息学手段,鉴定了玉米NF-YB基因家族,并系统的分析了该基因家族各蛋白的理化性质、基因的染色体定位、保守结构域、基因结构、系统进化、磷酸化位点、启动子和基因组织表达。结果表明:玉米基因组中含有21个NF-YB基因,所编码的蛋白质均位于细胞核,且不含有跨膜结构。这些基因不均匀地分布于玉米的9条染色体上,均含有高度保守的结构域CBFD_NFYB_HMF,系统进化分析将其分为3类。磷酸化位点分析表明,玉米NF-YB家族存在着大量的磷酸化位点。启动子分析表明,基因家族启动子区域均含有大量的逆境胁迫应答顺式作用元件。组织表达分析发现,至少有18个基因可以进行表达,其中有5个基因表现出组织特异性,不同基因在不同组织、不同时期的表达具有时序性。玉米NF-YB基因家族核心结构域的保守性、基因功能的分化、启动子序列中的大量逆境相关元件、基因表达的差异性,可能都是玉米更好调控自身生长发育和适应逆境的结果。研究结果为进一步解析玉米NF-YB基因家族的功能提供参考。     

棉花WOX转录因子家族基因的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于棉花花器官或纤维发育研究的候选基因,基于已发布的陆地棉全基因组数据,利用生物信息学的分析方法鉴定了陆地棉WOX(WUSCHEL-related homeobox,WOX)转录因子基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白理化性质、蛋白结构、多重序列比对、系统进化树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,鉴定到37个陆地棉WOX转录因子家族基因,命名为GhWOX1~GhWOX37。亚基因组定位结果显示,37个陆地棉WOX转录因子家族基因分布在除了A04、A06、A09、D04、D06和D09号亚基因组以外的20个亚基因组,A亚组比D亚组多1个GhWOX转录因子家族基因。多重序列比对分析棉花WOX转录因子家族成员均具有高度保守的同源异型结构域;系统进化树分析发现棉花WOX转录因子家族可以分为3个亚家族(Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类),各亚类分别含有23,7,7个GhWOX转录因子家族基因成员。对NCBI中陆地棉的EST数据库比对分析,有11个GhWOX转录因子家族成员没有可匹配的EST序列,其他26个GhWOX转录因子家族成员在棉花的根、茎、叶、花、胚珠、纤维和种子等组织和器官中广泛表达。为深入研究棉花和其他植物中WOX家族的鉴定和功能研究奠定了基础。     

萝卜LIM基因家族生物信息学及表达分析

为明确LIM家族基因在萝卜小孢子胚胎发生诱导中的表达特性,本研究在萝卜全基因组中鉴定LIM,通过分析理化性质、基因及蛋白结构、基因进化和表达模式。共鉴定到12个萝卜LIM家族成员,包含189～320个不等的氨基酸。亚细胞定位结果显示,RsLIM蛋白在细胞核中均有分布,部分在高尔基体中也有分布。启动子顺式作用元件分析表明,RsLIM启动子回应光、激素诱导的元件最多。基因结构分析表明,RsLIM中外显子数为3～10个。结构域分析表明,RsLIM蛋白中除Rs LIM2外,均具有2个LIM结构域。根据聚类分析结果可将RsLIM分为3组。染色体定位结果显示,Rs LIM分布在萝卜9条染色体中的6条,且呈不均匀分布。转录组数据表明,12个RsLIM基因在不同组织中的表达具有明显差异,显著分为2类。游离小孢子不同预处理的实时荧光定量PCR结果显示,12个Rs LIM对不同预处理的反应效果不同,低温诱导促进多数基因表达,高温诱导抑制多数基因的表达,RsLIM基因家族具有一定的表达特异性。本研究为萝卜LIM基因家族的功能分析提供了依据。     

雷蒙德氏棉MAPKKK基因家族全基因组筛选及其同源基因在陆地棉中表达分析

【目的】丝裂原活化蛋白质激酶激酶激酶(Mitogen-activated protein kinase kinase kinase,MAPKKK)家族在植物的胁迫反应和发育过程中起重要调控作用。本研究旨在筛选雷蒙德氏棉MAPKKK基因并分析其功能。【方法】以已鉴定的拟南芥MAPKKK蛋白序列为种子序列,在已发表的雷蒙德氏棉全基因组数据库中,通过本地BLAST以及Pfam和SMART鉴定雷蒙德氏棉MAPKKK基因家族成员;采用MEGA5、GSDS在线工具以及Mapchart进行进化树、基因结构及染色体定位分析;利用已有的陆地棉芯片数据进行响应逆境胁迫和纤维不同发育时期的表达谱分析。【结果】系统鉴定了114个雷蒙德氏棉MAPKKK家族基因,根据基因结构及进化树分析分为Raf、ZIK和MEKK三个亚家族。染色体定位表明,该基因家族广泛分布于13条染色体上,并存在基因复制。与最近公布的78个雷蒙德氏棉MAPKKK家族基因相比对,获得序列完全相同的基因47个。【结论】上述研究结果有助于了解雷蒙德氏棉MAPKKK基因家族的进化与功能,为后续研究棉花乃至棉属MAPKKK基因的功能奠定基础。