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。     

水稻DUF760基因家族的全基因组鉴定与表达谱分析

为了探索DUF760基因家族在水稻生长发育中的潜在功能,对水稻DUF760基因家族进行了全基因组鉴定、分类、启动子序列分析和表达谱分析。通过生物信息学技术在水稻和拟南芥中分别鉴定了6,8个DUF760家族成员。系统进化树分析将这些家族成员分成2个亚家族,二者在蛋白保守基序和基因结构上也存在一些特征差别。水稻DUF760家族基因启动子区域存在多个响应逆境胁迫和植物激素的顺式作用元件,ABRE(脱落酸响应)元件存在于家族所有成员的启动子序列中,OsDUF760-1启动子区域拥有9个脱落酸(ABA)相关的响应元件。在ABA处理水稻后,OsDUF760-1的转录表达水平显著下调,而OsDUF760-3显著上调,二者在干旱胁迫处理水稻后的表达变化模式与ABA处理水稻后的表达变化模式一致,说明这2个基因可能通过ABA信号途径参与水稻干旱胁迫响应,并且扮演不同的角色。除对ABA和干旱胁迫处理具有较强响应外,水稻DUF760家族成员还对JA(茉莉素)、低温及稻瘟菌处理具有较强的响应表达变化。     

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。     

桃TCP转录因子家族的鉴定与分析

TCP基因家族是含有bHLH基序的植物特有转录因子,广泛参与植物的多种生物过程。为了解桃(Prunus persica)中TCP家族的成员和特征,本研究基于其全基因组组装及注释数据,首次在桃基因组中对TCP基因进行了系统鉴定,并进行了染色体定位、蛋白特征、基因结构、进化关系、启动子区域顺式元件分析。结果显示:桃基因组中共有20个TCP家族成员,在7条染色体上均有分布,其推导蛋白的长度、分子量和等电点差异较大。大部分TCP基因不含有内含子,基因结构较为简单。桃TCP基因家族含有植物TCP家族的所有类别,每一类别均含有保守的且能明显区别于其他类别的特征。TCP基因家族的启动子区域含大量光应答、激素响应等顺式作用元件,与该基因家族功能的多样性一致。本研究初步探索了桃基因组中TCP基因家族的特征,为后期该基因家族在桃中的功能验证提供了理论支撑。     

毛果杨MGT基因家族全基因组水平鉴定及表达分析

为探究MGT基因家族在毛果杨生长发育及响应胁迫中的作用,本研究在毛果杨全基因组范围,通过生物信息学分析PtrMGT基因家族成员的数量、进化关系、染色体位置、基因结构、编码蛋白基本特征、启动子顺式作用元件,并对各成员的组织表达特异性以及对NaCl胁迫与ABA处理的响应特性进行了分析。结果表明：PtrMGT家族共含有10个基因,可分为4个亚族;有2对同源基因且Ka/Ks值均小于1;家族成员启动子区含有数量不等的非生物胁迫响应元件,共12种、146个元件;PtrMGT家族编码的蛋白均含有GMN序列,同一亚族基因编码蛋白的序列相对保守;PtrMGT家族成员在毛果杨根、茎和叶表达量具有差异;NaCl胁迫下,PtrMGT家族基因在根、茎和叶中表达量在0～48 h内均表现为先上升后下降的变化趋势;ABA处理下,大部分成员表达量先升后降,小部分成员表达量持续下降,表明PtrMGT家族基因对NaCl胁迫与ABA处理产生响应且响应模式出现分化。本研究为深入研究PtrMGT基因家族功能提供理论基础。     

马铃薯PIF家族成员鉴定及其对高温胁迫的响应分析

植物光敏色素作用因子(phytochrome interacting factors,PIFs)属于碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)转录因子家族,通过将光和温度等外部环境信号与植物体内源信号途径相整合,进而形成复杂的信号转导网络来精密调控植物的生长发育进程。目前,关于马铃薯PIF家族基因的研究较少,鉴定和分析StPIF家族成员有助于进一步提高马铃薯的产量和品质。本研究运用生物信息学方法,以拟南芥PIF家族成员蛋白序列作为源序列,通过在马铃薯基因组数据库中进行BlastP分析鉴定出7个StPIFs家族成员,并对其进行系统进化、染色体分布、复制事件、蛋白理化性质、基因结构、Motif预测、启动子顺式作用元件、基因表达模式以及对高温胁迫的响应分析。结果显示,StPIF家族所有成员均含有Motif 1 (bHLH结构域)、Motif 2 (APB结构域)基序;在StPIF基因的启动子区域预测到多个参与光响应、激素、干旱、低温、昼夜节律以及防御和应激反应调控元件;基因表达模式和现蕾期高温胁迫响应分析表明,家族成员具有明显的组织表达特异性,基因存在功能...     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

【目的】REM (Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道。【方法】基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表达规律等进行分析。【结果】陆地棉REM基因家族包含79个成员,分布在25条染色体上,可分为5个亚组。每个成员编码的蛋白质至少含有1个B3结构域,大部分定位在细胞核。基因上游2 kb序列中存在激素及胁迫响应等顺式作用元件。组织表达特性分析结果显示,大部分REM基因在胚珠或纤维中的表达量较其他组织更高。逆境胁迫下的表达分析显示,29个基因响应棉花冷、热、盐或干旱胁迫。对6个基因在纤维不同发育时期表达量进行分析,发现这些基因的表达与已发表的转录组数据基本一致。【结论】明确了REM基因家族在基因组中的分布特征、结构特征以及系统进化特征,根据转录组数据初步揭示了该家族基因在生长发育和抗逆中的功能。     

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。     

大麻CBDAS基因家族成员的全基因组鉴定及表达分析

为了探究大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)家族在大麻中的功能,利用生物信息学方法对大麻二酚酸合成酶基因(CBDAS)进行了全基因组鉴定,并系统分析其理化特性、进化发育、基因结构、启动子顺式结合元件及表达模式.结果表明,大麻CBDAS基因家族包含5个成员,仅分布在2,7号染色体上;理化性质分析显示,大麻CBDAS基因家族编码的氨基酸数目为541～545 aa,分子质量为介于61.49～62.41 ku,等电点为6.90～9.00;系统进化分析显示,来自植物、动物和微生物的33个CBDAS基因可分为3个家族,多数CsCBDAS基因家族成员属于同一亚家族;启动子区顺式作用元件预测表明,CsCBDAS基因家族成员均富含光响应元件;组织特异表达分析显示,CsCBDAS1和CsCBDAS2在雌蕊中表达最高,CsCBDAS4、CsCBDAS5在根中表达量最高;大麻CBDAS基因在高大麻二酚(CBD)和低CBD含量品种的表达模式不同,CsCBDAS1表达量在高大麻二酚(CBD)品种中高于低CBD含量品种;外源重金属Cd处理CsCBDAS4和CsCBDAS5基因表达量显著上调表达;CsCBDAS1、CsCBDAS2及CsCBDAS5表达量在黑暗和光照处理间表现出显著差异,光照处理下,CBDAS1基因表达量显著低于黑暗处理,而CsCBDAS2及CsCBDAS5的表达量高于黑暗处理.这些基因可能参与大麻的生长发育与大麻素的合成,该研究为后续大麻CBDAS基因家族的功能研究奠定了基础.     

茄科植物Ca~(2+)-ATPase基因家族鉴定及分析

Ca~(2+)是响应发育和环境信号的重要信使,Ca~(2+)-ATPase对植物生长发育和抗逆功能具有重要的作用。本研究以茄科植物栽培番茄、潘那利番茄、马铃薯、烟草和辣椒的Ca~(2+)-ATPase为研究对象,鉴定了五个茄科植物共87个Ca~(2+)-ATPase基因家族成员,基因家族成员在茄科植物进化的过程中数量发生明显变化,但成员数与基因组大小和进化没有线性变化关系,同一物种的基因家族成员分布在多条染色体上。该基因家族中有许多成员具有与生长发育相关和抗逆功能相关的顺式作用元件,与抗逆功能相关的顺式作用元件主要存在于ACA亚家族。在番茄中,SLyACA1在冷胁迫和盐胁迫的逆境条件下均表达效果强烈、上调变化明显,SLyACA5和SLyACA6也在两种逆境条件下都产生表达变化,说明这三个基因特别是SLyACA1基因和冷胁迫和盐胁迫相关。本研究为阐明Ca~(2+)-ATPase基因家族在茄科物种中的进化及其功能提供了理论依据。     

番茄Trihelix基因家族生物信息学分析

Trihelix家族在植物生长发育和应对非生物胁迫中具有关键的作用。为明确Trihelix家族成员的基本特征,本研究运用生物信息学方法在番茄全基因组数据库中鉴定出36个Trihelix家族成员。利用生物软件对番茄Trihelix家族成员进行全面的分析,包括理化性质分析、亚细胞定位、二级结构分析、三级结构预测、启动子顺式作用元件预测、组织特异性分析。根据亲缘关系分为6个亚家族,基于MEME进行的保守基序分析与聚类分析具有一致性。研究初步解析番茄Trihelix家族成员的结构与功能,为进一步明确番茄Trihelix家族转录因子的系统发育和生物学功能提供基础。     

小麦TaPOD家族的全基因组鉴定及表达分析

过氧化物酶(Peroxidase, POD)家族成员在调节植物生长发育和响应逆境胁迫中起重要作用。为系统探究小麦(TriticumaestivumL.)TaPOD基因家族的功能及其表达模式,本研究利用生物信息学的方法鉴定了小麦TaPOD基因家族成员,对其理化性质、启动子顺式作用元件、进化特征做了预测分析,并通过小麦转录组和实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative, RT-qPCR)分析了其在不同组织、外源激素及逆境胁迫下的表达模式。结果表明,目前基因组测序小麦中包含659个TaPOD基因家族成员,蛋白质序列长度在206～518个氨基酸之间;系统发育分析表明,小麦TaPOD家族成员分为I～VII组且每组成员数量不等;序列比对显示小麦TaPOD家族成员具有5个保守基序,且基因结构等方面存在很大差异,预示着功能存在多样性;染色体定位发现其数量在小麦的21条染色体上分布不均匀,其中2B染色体上数量最多;通过种内共线性分析发现,小麦TaPOD基因共有396个重复事件,同源性较高且进化过程非常保守,主要通过片段复制和串联复制进行扩增,且Ka/Ks比率显示仅有4对家族成员受到...     

烟草NtNCED基因的鉴定分析

脱落酸(abscisic acid,ABA)是植物生长、发育所需的重要植物激素,ABA在植物应对干旱、盐、病原菌等胁迫过程中也起到重要作用。烟草是一种重要的经济作物,尤其对于边远地区更为重要。目前国内外极端气候多发,在烟叶生产中,面临着干旱的影响,NCED基因家族是ABA合成路径上的关键基因。本研究在基因组范围内鉴定了栽培烟草的18个Nt NCED基因。基于系统进化相似性及保守结构域,将18个栽培烟草Nt NCED蛋白分为4组,组Ⅰ含有9个成员,组Ⅱ含有5个成员,组Ⅲ含有3个成员,组Ⅳ含有2个成员。本研究还获得了Nt NCED基因在基因组染色体上的分布情况,分析了Nt NCED基因家族成员进化关系、基因结构及结构域。本研究的结果将为进一步研究栽培烟草中Nt NCED家族的功能提供有价值的分析基础。     

陆地棉NF-YA基因家族的全基因组鉴定与功能分析

【目的】通过对陆地棉NF-YA基因家族进行全基因组鉴定,分析其表达特性,鉴定其中与棉花开花相关的基因。【方法】利用生物信息学方法系统分析了其理化性质、基因结构、共线性、Ka/Ks、顺式作用元件和表达模式,实时荧光定量聚合酶链反应(Polymerase chain reaction,PCR)分析表达特征,采用病毒诱导基因沉默技术验证基因功能。【结果】陆地棉中鉴定到29个NF-YA基因家族成员,分为5个亚组,定位在18条染色体上;全基因组复制和片段复制是GhNF-YA基因家族扩张的主要动力;启动子区含有大量光反应的顺式作用元件。GhNF-YA基因家族基因在茎、叶中高表达;12个GhNF-YA基因在早熟品种鲁棉研19号和晚熟品种鲁棉研37号中均在第三至六叶时期表达量较高,并且大部分基因在品种间表达差异显著。沉默GhNF-YA18基因的鲁棉研37号植株比对照提前11 d现蕾,并且该基因在白化期和现蕾期的表达量均低于未沉默对照棉株。【结论】本研究对陆地棉NF-YA基因家族进行了鉴定和表达分析,为进一步研究棉花开花调控的分子机制奠定了基础。     

蓖麻CNGC基因家族鉴定与冷胁迫下的表达模式分析

环核苷酸门控通道蛋白(cyclic nucleotide-gated channel proteins,CNGCs)是介导低价阳离子转运的重要蛋白,在植物信号传递、生长发育与非生物胁迫响应等方面发挥重要作用.本研究利用序列比对法在蓖麻基因组水平进行CNGC家族成员鉴定;利用生物信息学手段对蓖麻CNGC家族成员的基因结构、保守基序、特征结构域、聚类方式、顺式作用元件及染色体定位信息进行分析.研究成功鉴定到17个蓖麻CNGC基因家族成员,定位于16个未完整拼接的染色体片段上;除RcCNGC13外,其他蛋白序列均包含高度保守的环核苷酸结合结构域CNBD,但RcCNGC4\RcCNGC6\RcCNGC13\RcCNGC14均存在明显的基序缺失;部分RcCNGCs启动子区均含有MYB、MYC与ABRE、ARE元件,推测其响应逆境胁迫.聚类分析将蓖麻CNGC成员分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组,推测不同类型CNGC蛋白存在功能差异.转录组数据分析发现仅有RcCNGC14受冷胁迫显著上调表达,暗示该基因参与调控蓖麻的冷适应性.本研究首次在蓖麻全基因组水平对CNGC基因家族进行鉴定,并分析其冷胁迫下的表达模式,为进一步创制蓖麻抗冷新种质提供重要的候选基因.     

玉米KNOX基因家族鉴定及表达分析

KNOX基因家族存在于大部分植物体中,是同源异型盒基因家族的一类,其编码的转录因子参与调控植物的模式形成、形态建成等生理活动。用含有KNOX结构域的隐马尔可夫模型文件(PF03790, PF03791)作为探针结合Hmmsearch软件,对玉米(Zea mays L.)基因组中KNOX家族成员进行了鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位、系统进化树、基因在染色体定位、顺式作用元件和组织特异性表达模式进行了分析。通过hmmer搜索鉴定出16个玉米KNOX基因,其蛋白的氨基酸数在154～484之间,分子量在16.3～52.9 kD之间,等电点在4.33～7.74之间,其成员基因主要位于细胞核。根据玉米和拟南芥KNOX基因进化树分析,可将其分为2个进化分支。染色体定位结果表明,玉米KNOX基因家族的16个家族成员分布于9条不同染色体。1号染色体(Chr.01)分布6个成员,其中2个成员基因为串联重复基因。除ZmKNOX8和ZmKNOX9外,所有成员启动子区域都存在多个响应激素、光和逆境信号的cis-element。此外,ZmKNOX14和ZmKNOX15在嫩叶中表达量最高,可能与玉米叶细胞中次生细...     

菠萝乌头酸酶家族基因鉴定及其表达分析

为了探究菠萝乌头酸酶家族基因在柠檬酸代谢中的作用,本研究系统鉴定了AcACOs家族基因及其生物学分析,共鉴定了6个菠萝乌头酸酶基因。根据构建系统进化树结果表明,单子叶植物与菠萝乌头酸酶基因家族亲缘关系更近,将6个成员命名为AcACO1～AcACO6;AcACOs理化性质分析结果表明,菠萝乌头酸酶家族基因差异较大,亚细胞定位均定位在线粒体;通过全基因组GFF注释文件,对其外显子-内含子结构进行分析,结果表明Ac ACOs家族成员均含有一个或多个外显子;可视化该家族成员种间进化关系、motif和基因结构分析结构,表明AcACOs可分成3个亚组,AcACO4、AcACO5和AcACO6属同一类群,为类群Ⅰ;AcACO1和AcACO2归属同一类群,为类群Ⅱ,AcACO3单独为一类群,为类群Ⅲ;基因组定位结果显示菠萝ACO家族基因共分布在5条不同的染色体中。联合单子叶和双子叶植物ACOs基因作了系统进化分析,采用邻接法(neighbor joining, NJ),其结果显示,AcACOs与大多数单子叶植物聚为一类;顺式作用元件预测分析结果表明,AcACOs含有数量较多的光响应元件和胁迫响应元件。...     

小麦G2-like转录因子家族基因鉴定与表达模式分析

Golden2-Like (G2-like)转录因子,是属于MYB类转录因子中GARP超家族的成员,在调节叶绿体发育中起重要作用。本研究利用生物信息学方法对小麦G2-like基因进行了全基因组鉴定,并对其理化性质、亚细胞定位、启动子顺式作用元件及对非生物胁迫和激素的响应模式进行了分析。从小麦中共鉴定出87个G2-like基因,不均匀的分布在小麦21条染色体上,系统发育分析将这些基因分为14个亚族。蛋白质二级结构预测表明,小麦G2-like基因的氨基酸序列均以α螺旋和随机卷曲为主要结构。启动子顺式作用元件分析表明其上游2 kb区域含有7种(P-box、SpI、LTR、ABRE、MBS、TGA-element和AE-box)与逆境胁迫诱导相关顺式作用元件。其中Ta3AG2-like19含有顺式调控元件结合位点最多,一共有18个结合位点。qRT-PCR验证发现,Ta3AG2-like19、Ta3AG2-like20、Ta4AG2-like29和Ta6AG2-like52在PEG和盐胁迫下以及GA、IAA和ABA激素诱导下表达量显著上调,这些基因可能介导了小麦对多种非生物逆境的响应。     

基于表达谱分析陆地棉DUF642基因家族抗逆功能

【目的】DUF642(Domain of unknown function 642 genes)是1个未知功能基因家族,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。本研究旨在分析其在棉花抗逆反应中的功能。【方法】基于陆地棉基因组数据,系统地鉴定DUF642基因家族。利用生物信息学方法分析基因结构、理化性质、亚细胞定位、亲缘关系、启动子顺式作用元件等。应用转录组数据和实时定量聚合酶链式反应技术分析该家族基因在不同组织和多种逆境(冷、热、干旱、盐和黄萎病菌)胁迫下的表达规律。【结果】陆地棉基因组中包含23个DUF642基因,分布于14条染色体和1条Scaffold;编码的蛋白含有1～2个保守的DUF642结构域,多定位在细胞膜。DUF642家族基因可分成4个亚组,在进化上相对保守。DUF642基因具有较为广泛的组织表达类型,其中根和叶中表达较高。通过启动子和胁迫表达分析,推测Gh DUF642-09参与棉花抗盐胁迫;GhDUF642-08和GhDUF642-19参与棉花抗黄萎病;GhDUF642-02、GhDUF642-14和Gh DUF642-17参与棉花生长发育和抗逆胁迫。【结论】本研究结果为进一步研究DUF642基因家族功能和棉花抗逆分子机制提供了重要的理论依据。