陆地棉GRF基因家族的鉴定和生物信息学分析

为了揭示陆地棉生长调控因子(growth-regulating factors, GRF)家族的功能,本研究利用全基因组信息在陆地棉基因组中鉴定了 33个GRF蛋白,并对这些家族成员进行了保守结构域分析、蛋白的基本理化性质分析、进化分析、基因的结构分析、染色体定位、保守基序分析和组织表达模式分析。研究表明,陆地棉GRF均含有QLQ和WRC 2个保守结构域,系统进化分为4个亚家族,基因定位在19条染色体上,基因上有2~19个蛋白编码区域,大多数的基因在柱头、子房和20 d的种子中高量表达。本研究弄清了棉花GRF家族的基本信息,为进一步研究棉花GRF家族成员的功能提供了理论指导。     

石榴POD基因家族鉴定及生物信息学分析

为解析石榴POD基因家族的特征,本研究利用生物信息学技术对石榴POD基因家族成员进行鉴定,并对其理化性质、二级结构、亚细胞定位、系统进化关系和保守基序等进行了预测分析。结果表明,石榴中共鉴定出107个POD基因家族成员,其大部分为碱性蛋白、稳定蛋白和亲水性蛋白。蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲结构为主要构成元件。亚细胞定位表明POD蛋白主要分布在细胞质中。根据系统进化关系可分为11个亚族,每个亚族基因的数量不同,第5个亚族最多。聚在同一亚族POD蛋白的保守基序组成相似,其进化关系较近。研究结果为深入分析石榴POD基因的功能,揭示其调控石榴果实褐变的机理提供了科学依据。     

辣椒HD-Zip转录因子家族鉴定与生物信息学分析

从辣椒基因组数据库中鉴定HD-Zip转录因子,并对其进行生物信息学分析。对鉴定到的转录因子的基本理化性质、染色体定位、系统进化、保守基序和基因结构进行分析。共鉴定到45个辣椒HD-Zip转录因子;该家族成员均含有高度保守的HD-Zip结构域;45个HD-Zip基因以不均匀的方式分布在12条染色体上。根据拟南芥HD-Zip家族分类关系,在结合辣椒HD-Zip基因结构的特点分为GroupⅠ、GroupⅡ、GroupⅢ和GroupⅣ。辣椒HD-Zip转录因子在同一亚族中含有相同的保守基序和基因结构。本研究初步明确了辣椒HD-Zip转录因子家族成员进化关系和结构特点,为进一步研究辣椒HD-Zip转录因子家族的系统发育以及生物学功能提供了依据,为辣椒的分子育种提供科学依据。     

辣椒Trihelix转录因子家族的生物信息学分析

Trihelix转录因子在调控植物生长发育以及响应逆境胁迫等多方面发挥着重要作用,属于一个小家族。通过系统地阐述辣椒Trihelix转录因子家族成员特征和进化关系,进一步为研究辣椒Trihelix转录因子的生物学功能提供理论基础。本研究在辣椒基因组范围内,通过HMMER 3.0软件鉴定Trihelix基因家族成员,应用CDD验证其蛋白的功能结构域;采用MEGA5.2软件进行系统进化树分析;利用MEME和Map Inspect工具对其蛋白序列进行基序和染色体定位分析。利用功能已知的拟南芥Trihelix蛋白家族为参考序列,系统分析鉴定了28个辣椒Trihelix家族基因,并将其分为GT-1、GT-2、GTγ、SIP1和SH4 5个亚族。基因定位表明,辣椒Trihelix家族成员不均匀的分布在12条染色体上,其中7号和11号染色体上没有辣椒Trihelix成员的分布。保守元件显示辣椒Trihelix基因家族成员部分是高度保守的,各个家族均具有特殊的结构域。辣椒Trihelix基因家族大部分成员结构是保守的,保守基序与聚类分析具有高度的一致性,有可能参与调控辣椒生长发育及逆境胁迫等多种过程。     

雷蒙德氏棉和亚洲棉Alfin-like PHD finger家族的生物信息学分析

Alfin-like PHD finger是植物中特有的一类转录调控因子,在调控植物生长发育、非生物胁迫响应及抗病反应等过程中起重要作用。为全面了解Alfin-like PHD finger基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数目、分布情况及家族各成员间的关系,进而研究和揭示Alfin-like PHD finger在棉花抵抗逆境胁迫中的作用。运用生物信息学的方法在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出12个和10个Alfin-like PHD finger基因家族成员,并对家族成员的基因结构、染色体定位、保守结构域及进化关系等方面进行分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉中Alfin-like PHD finger转录因子具有高度保守的DUF3594结构域和PHD结构域,两个二倍体棉花中该家族基因成员之间为一对一关系;雷蒙德氏棉中的12个成员基因分布在5条染色体上,亚洲棉中的10个成员基因也分布在5条染色体上;亚细胞定位预测发现,该家族的基因分别定位于细胞核、叶绿体基质、过氧化物酶体和细胞质基质;根据结构域差异和系统发育分析结果,将Alfin-like PHD finger转录因子家族分为3个进化分支。上述结果为分离鉴定棉花中新的逆境胁迫响应基因提供参考。     

大豆SPL基因家族生物信息学分析

SQUAMOSA启动子结合蛋白样(SPL)转录因子广泛存在于植物中,主要参与植物生长、发育以及多种生理生化过程。为明确大豆SPL基因家族在染色体上的分布、保守结构域、亚族种类、进化关系等,采用生物信息学方法对大豆SPL家族基因进行分析。本研究从大豆基因组数据库中筛选得到43个SPL基因家族成员,系统发育树分析得到5个亚群。保守结构同源性分析发现,SPL基因家族都含有SBP-box的锌指结构和核定位信号。染色体定位发现除14号染色体没有SPL分布外,其他染色体均有不同数量的SPL基因分布。基因加倍、扩张分析表明,大豆SPL基因家族成员之间不存在串联重复,但是存在36对片段重复,表明部分大豆SPL基因可能是由基因重复产生;大豆与拟南芥SPL基因家族之间有29个基因之间存在共线性关系,表明大豆与拟南芥SPL基因家族之间具有较高同源性。本研究对SPL基因家族的进化分析,将有助于理解大豆SPL基因的结构、功能及进化关系,为深入研究大豆SPL基因的功能提供有利的理论依据。     

陆地棉抗坏血酸过氧化物酶基因家族全基因组生物信息学分析

【目的】抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)是过氧化物酶家族中的1类成员,可以清除活性氧。APX家族的生物信息学分析有助于更好地了解该家族基因。【方法】利用生物信息学方法,从中国农业科学院棉花研究所提供的陆地棉序列中鉴定出14条APX基因家族序列,并对这14个成员的染色体定位、亚细胞定位、进化关系、理化性质、信号肽、保守基序以及其编码蛋白的结构特征进行了预测分析,并初步分析了部分基因的表达。【结果】APX基因分布广泛,分散在不同的染色体上;且大部分APX蛋白定位在细胞质,是亲水性脂溶蛋白;有3个保守基序,保守性较强;基因起源和进化比较复杂;二级结构的主要元件为α-螺旋和无规则卷曲。根据表达分析推测,第1亚组和第2亚组的基因在棉纤维发育的不同时期起作用。【结论】这些结果有望为APX家族成员的结构与功能挖掘提供参考。     

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...     

马铃薯全基因组StbZIP基因家族的鉴定及在不同逆境中的表达分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)是一种广泛存在于植物中的保守转录因子，其家族成员数目是植物中最丰富的转录因子家族之一。为了解马铃薯StbZIP基因家族的相关信息，本研究通过生物信息学的方法，在二倍体马铃薯‘DM’全基因组中鉴定64个马铃薯StbZIP家族成员，命名为StbZIP1～StbZIP64。通过分析发现，马铃薯StbZIP家族成员不均匀地分布在12条染色体上。生物信息学分析表明，家族成员蛋白长度为132～822 aa，分子量介于15.40～88.18 kD之间，等电点4.74～10.30。系统发育树分析显示，该基因家族可分为11个亚群，其基因主要分布在第1、4和10号染色体上。基因结构和保守基序分析发现，各亚族成员间具有相似的保守基序和进化的保守性。表达模式分析发现，11个亚族内部呈现出响应不同非生物胁迫的表达模式，其中有8个亚族基因都在ABA胁迫24 h时表达量发生显著升高。这些结果为阐明StbZIP基因家族的进化和进一步研究StbZIP基因的功能提供了理论指导。     

亚洲棉、雷蒙德棉和陆地棉NRAMP基因家族的鉴定和进化分析

自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族是跨膜转运蛋白家族,参与多种金属离子的转运过程。为了更好了解棉花NRAMP基因的成员和特征,二倍体和四倍体棉花之间的进化关系,本研究利用二倍体亚洲棉、雷蒙德棉和陆地棉基因组的氨基酸序列对三个棉种中的NRAMP家族成员进行鉴定,分析了NRAMP家族的种类、理化性质、进化关系、基因结构、蛋白基序、染色体定位、共线性关系和选择压力。结果显示,在二倍体亚洲棉基因组(A)中确定12个成员,在二倍体雷蒙德棉基因组(D)中确定15个成员,在四倍体陆地棉基因组(At, Dt)中确定23个成员。按照进化关系的远近将这50个成员分为3个亚类,进化关系较近的成员之间具有更为相似的理化性质、基因结构和蛋白质基序;通过和其他植物的进化关系分析发现,NRAMP基因在单子叶和双子叶植物分离前已经产生;染色体定位发现NRAMP在染色体上的分布并不规律;共线性分析和选择压力分析表明,片段复制在棉花NRAMP基因的遗传进化过程中发挥主导作用,同源基因对在进化过程中处于纯化选择。     

柳属ARF家族的鉴定及生物信息学分析

ARF是一类存在于植物中的转录因子。通过与生长素应答基因启动子结合的方式,广泛作用于植物的生长发育,然而,柳属中的ARF家族成员的研究还未见报道。本研究根据拟南芥、番茄、水稻、毛果杨、杞柳、旱柳的基因组数据库和ARF蛋白的保守结构域对ARF家族成员进行了鉴定,在旱柳中鉴定出68个ARFs家族的成员并在6个物种间进行了进化分析,将ARF家族分为7个亚族,7个亚族内基因都很保守。对旱柳的68个ARF基因家族成员进一步进行保守域、基因结构、染色体定位等分析发现,旱柳ARF家族成员大部分具有B3、Auxin＿resp两个结构域,从基因结构的角度来看,不同亚族彼此间差异很大,但各亚族内外显子保守性较高。编码ARF的68个基因被定位到了32个染色体上,在两个亚基因组上分布情况相似。进一步利用转录组数据对ARF家族成员在旱柳初生生长过程中的表达模式分析发现,SmARF12B、SmARF27等基因对于速生性状具有正调控的作用。而SmARF26、SmARF1B等基因表达可能对速生性存在一定负调控作用。本研究首次对柳属ARF家族进行生物信息学鉴定,并分析了其与速生性的关系,为深入研究旱柳中ARF蛋白家族的...     

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。     

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。     

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。     

雷蒙德氏棉Argonaut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.     

番茄WRKY基因家族的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对番茄WRKY转录因子家族成员、理化性质、基因分类、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测。从番茄WRKY转录因子家族分类及进化结果显示,番茄Sl WRKY家族包含81个成员,按其WRKY结构域及锌指结构分为3族,第二族按其氨基酸顺序又可以分为5个亚族。染色体定位结果显示,除番茄的11号染色体没有WRKY转录因子,其他染色体上均有分布。基因结构分析表明,仅Sl WRKY19、Sl WRKY20家族成员不含内含子,其他成员都含有2~5个内含子。保守域分析表明,番茄WRKY结构域是高度保守的,仅有10个WRKYGQK发生了变异,占WRKY家族的10%。     

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...     

辣椒全基因组TCP转录因子家族生物信息学分析

利用生物信息学方法对辣椒TCP转录因子家族成员、基因分类、基因结构、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测和分析。结果表明,辣椒TCP基因家族包含30个成员,Ca TCP蛋白含有95~550个氨基酸,等电点为6.30~10.91。进化树分析将其分为11个不同的亚族。辣椒TCP家族进化树以及基因结构的进一步分析,显示辣椒TCP家族可分为两大类,即Class I类和Class II类,而Class II类可分为两个不同的亚类,即CIN和CYC/TB1亚类。位于同一亚家族的大多数TCP基因具有相似的内含子和外显子结构。此外,染色体定位分析表明,辣椒TCP基因不均衡的分布于辣椒的10条染色体上,其中3号染色体上最多,有7个。     

植物FtsZ基因家族生物信息学分析

FtsZ (Filamentous temperature-sensitive protein Z)蛋白是一种高度保守的细菌和真核生物微管蛋白的同系物,在许多植物和藻类物种中存在,是质体分裂复合体的基本组成部分,在植物生长发育中发挥重要作用。本研究在一种藻类植物(红藻)、一种苔藓植物(小立碗藓)、两种单子叶植物(水稻和高粱)、四种双子叶植物(木薯,拟南芥,蓖麻和毛果杨)中共鉴定出21个Fts Zs成员,分析了其蛋白理化性质、二级结构、三级结构,预测了保守碱基、FtsZs成员的亚细胞定位、蛋白磷酸化位点并且构建了系统发育进化树。结果显示,FtsZs的脂肪系数、不稳定系数和总平均亲水性等理化性质存在很大的差异。FtsZ蛋白家族均不具跨膜结构域,也不含有信号肽;蛋白的二级结构主要是无规则卷曲和延伸链;保守基序分析发现,植物FtsZ家族基因在进化上是相对保守的;FtsZs成员的亚细胞定位分析发现,Fts Zs分布在叶绿体和细胞质中。本研究可为FtsZ基因家族成员的生物学功能研究提供理论基础。