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。     

番茄(Solanum lycopersicum)SlGLR基因家族的生物信息学分析

本研究通过对番茄高质量全基因组序列同源搜索分析,找到番茄中共有13个SlGLRs家族成员。并利用生物信息学方法详细分析了该家族所有成员的基因结构、蛋白结构域、进化关系。结果显示:番茄SlGLR家族的13个成员均含有5～7个外显子,各个成员都包含IPR001828、IPR001320和IPR001638这三个结构域,整个家族可分为三个亚家族,且Sl GLRⅡ亚家族各成员,除了SlGLR2.6以外均成簇分布在6号染色体上。不同激素处理下的表达分析显示该家族不同成员对不同激素处理的响应不同;组织表达分析表明SlGLR3.2在番茄的果实中特异高表达,暗示其在果实发育中可能起着重要作用。为了进一步分析其功能,我们对SlGLR3.2的理化性质、亲水性/疏水性、跨膜区、亚细胞定位、蛋白二级结构进行了详细分析。结果表明SlGLR3.2为亲水性膜蛋白,含有三个跨膜区,二级结构主要由α-螺旋、延伸链、β-转角、无规则卷曲组成。本研究将为进一步研究番茄SlGLRs基因家族的功能提供参考依据。     

番茄NAC基因家族的系统进化及表达分析

本研究挖掘番茄(Solanum lycopersicum)中NAC转录因子家族成员104个,为研究番茄NAC转录因子在响应生物及非生物胁迫中的调控作用提供理论基础,也为番茄NAC转录因子的全基因组分析提供了依据。通过SOL数据库下载番茄NAC、NAM基因及蛋白序列,根据NAC保守域序列号PF01849、PF02365,利用HMMER 3.0软件鉴定番茄NAC基因。再利用保守结构域预测软件Pfam和SMART对候选序列进行筛选鉴定。使用DNAMAN5.0、Web Logo、MEGA5.2、GSDS2.0、Map Inspect、Ex Pasy和Swiss-Model等软件对获选番茄NAC转录因子进行生物信息学分析。通过RT-PCR技术检测番茄NAC转录因子在不同组织中的表达情况。本实验通过生物信息学方法对番茄中NAC基因家族成员进行了预测及分析。预测及分析结果显示,番茄NAC基因家族包含104个蛋白质,通过分组鉴定和进化树分析将番茄NAC基因家族分为12个亚族,番茄特有的TNAC亚族成员最多为28个。本实验对挖掘到的104个NAC转录因子的分子量、等电点、保守结构域及蛋白质二、三级结构进行了预测及分析。本实验选取12个NAC转录因子家族成员进行RT-PCR技术检测,获得其在根、茎、叶、花、果中的表达情况,半定量结果显示,7个Sl NAC基因在根、茎、叶、花、果(红熟)中均有表达,并呈现出多种表达模式。番茄NAC转录因子家族在结构上高度保守,并参与番茄生长发育、生物及非生物胁迫的调控过程。     

拟南芥、水稻和番茄SW EET/MtN3/saliva基因家族的分析

SWEET(sugars will eventually be exported transporters)基因家族是包含2个Mt N3/saliva跨膜结构域的膜整合糖转运蛋白,其结构域首次在苜蓿根部结瘤素发现,其后在高等真核生物、原生生物、后生动物、真菌、细菌和古生菌中也有发现。SWEET家族成员中基于Mt N3/saliva不同类型的基因多在模式植物拟南芥、水稻中有报道,但其确切的生物学功能与该跨膜结构域的分子功能仍有待研究。本研究利用拟南芥、水稻和番茄基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定了番茄SWEET基因家族成员,利用MAGE4.0软件进行系统发育树分析,并根据水稻、拟南芥等已有研究进一步介绍了各亚族成员的主要功能。通过全基因组分析番茄SWEET家族共有29个成员,在进化上将其划分2个大类4个亚族,其中A1、A2、A3亚族主要涉及单糖转运,B1亚族主要涉及单糖与多糖转运,可为番茄SWEETs家族基因的功能研究与利用奠定基础。     

生物信息学鉴定分析茄子脂肪酸去饱和酶(FAD)基因家族

脂肪酸去饱和酶(FAD)广泛分布于生物体内,其主要功能是在脂肪酸的生物合成过程中,从碳链中去除氢,从而产生碳碳双键。利用拟南芥FAD家族基因和茄子基因组数据,对茄子基因中可能含有的FAD基因进行鉴定和生物信息学分析。共鉴定出茄子FAD基因家族成员38个,其中FAB亚家族成员5个。对家族成员进行蛋白理化性质分析、系统进化分析和保守结构域分析,发现各亚家族成员间具有较为相似的保守基因序列和蛋白特性;基因结构分析表明,FAD家族成员间存在着不同的基因结构,但聚为一类的亚家族基因具有进化的保守性;染色体定位显示茄子FAD家族成员主要分布在5号染色体、6号染色体和4号染色体上。亚细胞定位预测茄子FAD家族成员主要分布在内质网、叶绿体和质膜上,FAB亚家族则全部定位在叶绿体上。     

番茄CRT基因家族鉴定及不同胁迫下响应分析

为探究番茄CRT基因家族成员信息和在不同胁迫下的响应情况,本研究以拟南芥CRT氨基酸序列为参照,通过tblastn方法共发掘出3个番茄CRT基因,其氨基酸长度在413 aa到433aa之间,分子量在47.6 kD到50.9 kD之间;构建系统进化树发现,番茄CRT基因家族可分为两个亚族,CRT3和CRT4为同一亚族;亚细胞定位结果表明,番茄CRT基因主要存在于细胞核和内质网上;基因结构分析说明番茄CRT基因家族成员都富含内含子;对番茄CRT基因家族成员启动子上游2000 bp碱基分析发现,番茄CRT基因家族可能会响应多种逆境胁迫,同时番茄CRT可与多种蛋白互作;通过RT-qPCR发现,CRT基因在各组织当中表达含量会有所差异,且番茄CRTs对各种胁迫反应都能做出相应反应.本研究结果对后续解析CRT基因在番茄中的生物学功能奠定了基础.     

番茄RAV基因家族鉴定及生物信息学分析

RAV (Related to ABI3/VP1)基因是植物特有的转录因子,在调控胁迫响应和生长发育等过程中起着重要作用。为了明确番茄RAV基因家族成员并为其功能研究奠定基础,本研究在番茄全基因组范围内鉴定了RAV基因并对其进行系统的生物信息学分析。结果表明,番茄中有9个RAV家族基因,可以分为4个分支且同一分支内的基因结构和结构域相对保守。番茄、水稻和拟南芥RAV基因的同源进化关系、基因结构和保守基序分析结果表明,3个物种中的RAV基因的进化相对保守,预示着其功能的相似性。共线性分析结果表明,片段复制事件对番茄RAV基因家族的进化和扩张起着重要作用。与水稻RAV基因相比,番茄和拟南芥的RAV基因的进化关系更近。顺式作用元件分析表明,番茄RAV可能通过参与激素代谢参与逆境胁迫和生长发育等生物学过程。本研究结果揭示了番茄、拟南芥和水稻RAV基因的同源进化关系和番茄RAV基因的潜在功能,为进一步研究番茄RAV基因的生物学功能提供理论基础。     

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。     

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。     

植物Trihelix转录因子响应非生物胁迫的研究进展

Trihelix转录因子家族因其特有的三螺旋结构域(螺旋-环-螺旋-环-螺旋)而命名,该结构域高度保守,能与GT元件特异性地结合,因此该家族又被称为GT因子家族。Trihelix转录因子家族分为GT-1、GT-2、GTγ、SH4和SIP1等5个亚家族。前期研究表明Trihelix转录因子不仅调控光应答基因的表达,还参与植物生长发育的各个过程,同时受高盐、干旱、冷害和病害的强烈诱导,广泛参与植物对生物和非生物胁迫的应答反应。Trihelix转录因子通过与其他基因互作等方式调控下游靶基因的表达,从而响应生物和非生物胁迫。本综述对植物Trihelix转录因子的结构特征及生物学功能进行介绍,详细阐述Trihelix转录因子在草本和木本植物中响应非生物胁迫的最新研究进展,为深入探究Trihelix转录因子响应非生物胁迫的分子机制提供理论基础。     

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...     

甘薯AP2基因家族的生物信息学分析

AP2基因家族是与植物有关的转录因子家族,它广泛地参与到植物的多个生物学过程中,同时调控生物和非生物胁迫反应以及植物次生代谢产物合成。为了揭示甘薯AP2基因家族的生物学信息,利用生物信息学的方法鉴定了甘薯AP2基因家族的成员,并从理化性质、亚细胞定位、跨膜结构、二级结构、三级结构等九个方面对甘薯AP2基因家族成员进行了预测和分析。这些研究结果为进一步研究甘薯AP2基因家族成员的功能提供了参考依据,同时在生产实践中也具有一定的应用价值。     

番茄GRAS转录因子家族的生物信息学分析

笔者旨在为进一步了解番茄GRAS基因家族的结构特征和进化信息,也为GRAS转录因子的后续相关研究提供一定的理论基础。利用HMMER 3.0软件,通过从Pfam蛋白数据库中下载的GRAS保守域（PF03514）,来鉴定番茄GRAS 基因。采用MEGA5.2、Web Logo 3、DNAMAN 5.0、Map Inspect和MEME等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术检测番茄GRAS基因在番茄根、茎、叶、花和果实中的表达情况。番茄基因组共挖掘出53条GRAS转录子基因,划分为I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII 8个亚族。系统进化树结果显示V和VI组中GRAS家族成员最多,且拟南芥的GRAS基因家族中基因功能类似的基因聚类的在一起,则可能同组内番茄GRAS基因家族成员也具有类似功能;染色体定位分析显示GRAS基因在12条染色体中呈不均匀分布;根据WebLogo 3.0对GRAS基因家族的结构域蛋白分析,结果显示GRAS基因家族的蛋白序列并不都是高度保守的;保守元件分析表明番茄GRAS基因家族成员是部分高度保守的。番茄GRAS基因家族大部分成员结构是高度保守,可能参与调控番茄生长和发育等过程。     

梭梭NAC家族基因转录组鉴定及干旱和盐胁迫下的表达分析

NAC转录因子在超旱生C4植物梭梭中的成员数量、序列结构特征及调控形态建成和应答生物、非生物胁迫等过程的分子机理亟待明确。本研究以模式植物NAC基因为种子序列,在已有的梭梭转录组测序数据中比对并发掘可能编码NAC的转录本,利用生物信息学方法预测梭梭NAC家族成员基因结构、保守结构域、亚细胞定位等信息,分析梭梭和模式植物NAC基因家族的进化关系。采用实时荧光定量PCR技术检测Ha NACs在模拟干旱及盐胁迫下的表达规律。本研究共鉴定得到49个梭梭NAC家族成员;21个编码150个以上氨基酸的unigene中17个具有NAM结构域,预测等电点在4.51~9.47之间,15个Ha NACs蛋白预测定位在细胞核中,N端序列中包含与模式植物类似的5个亚结构域和核定位信号序列;NAM/CUC3、SENU5、TIP、NAP、ATAF和TERN组均包含与之进化关系较近的Ha NACs。干旱和盐胁迫处理下,21个Ha NACs的表达模式具有多样性,表达量间具有显著差异性,暗示着它们可能与盐和干旱胁迫应答过程相关。研究结果表明,梭梭NAC家族基因的序列结构具有较高的保守性,家族成员在应答、调节干旱和盐胁迫等方面表现出多样性。本研究为解析梭梭NAC基因的功能提供了基础数据。     

玉米ACA基因家族生物信息学分析

ACA (IIB型Ca²⁺-ATPase)作为Ca²⁺-ATPase的亚家族成员之一,参与植物细胞内钙离子浓度维持,并在植物生长发育和非生物胁迫响应等方面发挥重要作用。为进一步了解玉米ACA (ZmACA)基因家族功能,本研究利用生物信息学方法对ZmACA家族基因进行鉴定与分析。结果表明：玉米共有20个ACA家族基因,命名为ZmACA1～ZmACA20;蛋白质结构具有相似性,氨基酸数目、亲水性指数差异均较小,多数为酸性不稳定的蛋白质。亚细胞定位预测结果显示,ZmACA家族蛋白主要定位于细胞膜、叶绿体、内质网、液泡等部位。进化树分析将ZmACA蛋白分为5个亚家族GroupⅠ～GroupⅤ,其中GroupⅠ～GroupⅣ亚族成员与水稻(Oryza sativa L.)和拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)的亲缘关系较近。蛋白质互作网络(protein-protein interaction network, PPI)预测结果表明,ZmACA6可能与15个蛋白直接互作,是ZmACA家族蛋白的核心成员。ZmACA家族基因在玉米10...     

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%。     

梨PbrCCD基因家族鉴定与表达分析

为了对梨PbrCCD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梨PbrCCD基因家族进行鉴定,并对其家族成员的理化性质,基因结构,保守基序,表达模式等进行分析。结果表明：在梨中共鉴定到22个PbrCCD基因家族成员,均包含CCD基因的RPE65保守结构域,编码氨基酸在183～617,分子量大小在20.49～69.10 kD,不稳定系数为25.54～46.58,等电点为5.00～8.01,脂肪族氨基酸指数为67.16～87.31,亲水性为-0.445～-0.193,表明PbrCCD基因家族成员均为亲水性蛋白。亚细胞定位预测结果表明PbrCCD家族成员均定位在细胞质和线粒体上。二级结构分析表明,β-折叠的比例最低、无规则的比例最高。系统进化树分析将PbrCCD基因家族分成6组亚家族(CCD1, CCD4, CCD7, CCD8, CCD-like和NCED)。同一亚家族的成员基因结构较为相似,并预测了motif 7和motif 10两个保守基序元件。通过对砀山酥梨果实不同发育期的表达分析发现PbrCCD1a和PbrNCED5与果实的生长发育存在重要的关系。本研究初步分析梨Pbr...     

沙柳SpsLAS基因克隆及生物信息学分析

LAS基因对于植物侧生分生组织有重要影响。它被证实在拟南芥、番茄等草本科植物营养生长阶段参与腋生分生组织的形成,但在木本植物中的基因功能尚缺乏深入研究。本研究以沙柳为材料,利用RT-PCR技术成功克隆沙柳LAS基因,命名为SpsLAS,并对其进行生物信息学分析。结果表明,该基因CDS序列全长1 320 bp,编码439个氨基酸,预测蛋白分子量为49.876 8 k D,理论等电点(PI)为6.66,是亲水性蛋白;同源氨基酸序列比对结果表明沙柳LAS基因与番茄LS、拟南芥LAS等功能已确认的LS亚家族基因同源性较高,氨基酸相似性达50%以上;系统进化分析表明SpsLAS与杞柳和毛果杨亲缘关系更近;对LAS进行功能结构域分析得知LAS基因具有GRAS基因家族典型特征,属于GRAS基因家族LS亚家族;预测未发现跨膜结构和信号肽区域;SpsLAS蛋白二级结构包含173个α螺旋(Alpha helix),72个延伸链(Extended strand),194个无规则卷曲结构(Random coil);亚细胞定位预测该基因很可能定位于细胞核内。沙柳LAS基因的克隆对于研究木本植物萌蘖及其分枝机制有重要意义,同时丰富了木本植物中GRAS基因家族的相关研究。     

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。     

茎瘤芥β-半乳糖苷酶家族基因鉴定及表达分析

植物β-半乳糖苷酶(β-D-galactosidases, BGAL, EC 3.2.1.23)是糖苷水解酶家族35(GH35),在植物细胞壁生成和组分修饰中具有重要作用。为探索BGAL家族基因在茎瘤芥的茎发育中的功能,本研究从茎瘤芥基因组中鉴定到39个BjuBGAL家族成员,并运用生物信息学对其进化关系、蛋白理化性质、基因结构及保守序列、染色体定位和在茎膨大过程中的表达等进行系统分析。结果表明,39个BjuBGAL家族成员,分为8个亚族,相同亚族具有类似基因结构和保守序列;有35个BjuBGAL分别定位于A和B亚基因组中的9和7条染色体上;BjuBGAL启动子具有光、植物激素和胁迫响应的顺式作用元件;转录组数据表明10个BjuBGAL在茎膨大过程中明显上调,进一步利用荧光定量PCR分析发现BjuBGAL4-2随着茎的膨大呈显著上调,且在茎的内髓区表达水平显著高于外髓区,可能参与茎内髓区的发育。本研究为进一步揭示茎瘤芥BGAL家族的功能提供参考。