大豆NRG2家族基因的鉴定、特征及表达模式

氮是影响植物生长发育的重要矿质营养元素,硝态氮是大部分植物吸收氮素的主要形式,目前已发现许多基因参与硝态氮的吸收、转运及信号转导过程。硝酸盐调控基因2 (nitrate regulatory gene 2, NRG2)是近年来在拟南芥中鉴定到的与硝酸盐吸收和信号转导相关的基因。本研究采用生物信息学方法,对大豆NRG2家族成员进行全基因组鉴定及表达分析。结果表明：在大豆基因组中共鉴定到30个GmNRG2基因,其编码的蛋白均具有DUF630和DUF632结构域。系统进化分析显示,GmNRG2基因可以聚为7组,且同组的基因成员具有相似的外显子/内含子分布模式。GmNRG2基因不均匀地分布在16条染色体上,片段复制可能导致了GmNRG2基因在大豆基因组中的扩增。GmNRG2各成员启动子区域均存在数量不等的激素或逆境响应元件,表明该家族基因可能参与多种生长发育调节进程。表达模式分析显示,GmNRG2基因具有不同的组织表达特点,5个GmNRG2在干旱或盐胁迫条件下呈现出差异表达。以上结果为深入研究大豆NRG2家族基因的生物学功能提供了一定参考。     

甘薯全基因组SBP-box基因家族鉴定及表达分析

SBP (SQUAMOSA promoter binding proteins)家族是植物特有的一类转录因子家族,广泛存在于绿色植物中,调控植物生长发育、信号转导及响应非生物胁迫等多种生理过程。已有多种植物SBP-box基因相继被报道。为探究SBP-box基因在甘薯中的分布情况及对甘薯生长发育的影响,本研究从甘薯全基因组鉴定出30个SBP-box基因,依次命名为IbSPL1～IbSPL30,并分析了其基因结构、蛋白质结构和理化性质、系统进化关系、串联重复、启动子顺式作用元件分布和组织特异表达情况等。结果表明大部分甘薯SBP-box蛋白理化性质、结构有一定分化,甘薯SBP-box蛋白与拟南芥同源进化关系较近,不同亚家族间具有不同数量和类型的motif分布;甘薯SBP-box基因在染色体上分布较为均匀,除3条染色体外,其余12条染色体均有1～4个SBP-box基因分布,共线性分析发现甘薯SBP-box基因可能来源于多次片段重复事件;通过启动子区域顺式作用元件分析和不同组织、不同处理下的差异表达分析,发现16个基因与甘薯地上部分的生长发育相关,7个基因与干旱胁迫响应相关。本研究从各个角度分析...     

甘蔗ScbHLH13基因的RT-PCR克隆与功能分析

bHLH转录因子是植物体内重要的调节因子,对植物的生长发育、次生代谢以及花青素生物合成等方面具有调节作用。本研究以高粱bHLH13(XM＿002440799.2)为探针序列,从甘蔗中通过RT-PCR克隆获得一个ScbHLH13基因,并对其在不同胁迫响应转录组数据中进行表达模式分析,同时对该基因及其所编码蛋白进行了理化性质预测以及系统进化、原生质体亚细胞定位和实时荧光定量PCR表达量分析。结果显示,ScbHLH13所编码蛋白包含586个氨基酸残基,以无规则卷曲和α螺旋为主,亲水且不稳定,呈弱碱性;具有典型核定位信号,无跨膜结构;其序列内包括bHLH-MYC、HLH 2个典型保守结构域,属于bHLH超家族成员。在系统进化中ScbHLH13属于Ⅲ (d+e)类组,与高粱亲缘关系最近。在转录组数据中, ScbHLH13的表达在甘蔗品种ROC22上受低氮胁迫和黑穗病菌侵染抑制,轻微受高粱花叶病毒侵染诱导;而在Badila受低氮、在YC05-179受甘蔗黑穗病菌侵染诱导。亚细胞定位结果显示,在烟草表皮细胞中瞬时表达ScbHLH13定位于细胞核和细胞膜,在甘蔗原生质体瞬时表达ScbHLH13则定位于...     

基于RNA-Seq筛选高粱低氮胁迫相关候选基因

研究低氮胁迫条件下不同高粱材料间的基因差异表达,为耐低氮型高粱品种选育和耐低氮胁迫的分子机制探究提供参考。选取2个耐低氮型高粱(BSX44和BTx378)为试验材料,设置正常和低氮胁迫2个处理,利用RNA-Seq技术对高粱苗期、抽穗期和开花期的基因表达进行分析,通过生物信息学对差异基因的生物学功能和代谢途径进行研究,筛选可能参与低氮调控的基因,了解氮高效基因型在氮素吸收利用过程中可能的分子途径。结果表明,在正常和低氮胁迫下, BTx378和BSX44在苗期分别筛选出937个和787个差异表达基因,抽穗期分别筛选出1305个和935个差异表达基因,开花期分别筛选出1402个和963个差异表达基因。对3个时期的差异表达基因进行鉴定,发现在苗期、抽穗期和开花期分别有246、371和306个基因在2个耐低氮高粱品种中共同差异表达,有28个基因在2个耐低氮品种的不同生育时期均差异表达,其中有5个基因上调表达,23个基因下调表达;对共同差异表达基因的KEGG相关代谢通路富集分析,发现主要集中在氮代谢、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸的生物合成等途径,表明耐低氮型高粱可能通过这些途...     

高粱SbSBP15基因的克隆及分析

SBP-box (squamosa promoter binding protein, SBP)基因编码一类绿色植物特有的转录因子,它与器官大小的控制、株型、激素和逆境响应等植物重要发育过程密切相关。本研究克隆了高粱SbSBP15基因,对其进行了序列分析、系统进化分析及表达分析。SbSBP15基因编码一个由409个氨基酸组成的蛋白质,含有3个外显子和2个内含子,其SBP结构域位于96～165 aa区域;系统进化显示19个SBP15蛋白可分为4组(Ⅰ～Ⅳ),其中第Ⅰ～Ⅲ组内仅有单子叶植物蛋白,而第Ⅳ组中同时包含有单子叶植物蛋白和双子叶植物蛋白。Sb SBP15与玉米Ub2和Ub3关系最近;启动子序列分析表明,SbSBP15启动子的顺式作用元件包含逆境响应、组织特异性表达以及植物生长发育等相关元件;SbSBP15基因在花后10 d的种子中表达量最高,是苗期根部表达量的18倍;但是随着高粱种子不断发育,SbSBP15表达量逐渐降低,表明SbSBP15可能参与高粱种子发育的过程。本研究为进一步探索SbSBP15的生物学功能奠定了基础。     

小果野蕉家族蛋白序列特征分析和在根际促生菌作用下的表达分析

在真核生物中,Argonaute(AGO)蛋白是基于s RNA的基因沉默通路的效应蛋白,参与基因表达调控、DNA甲基化等分子过程,从而使植物的生长发育有条不紊的进行。同时,根际促生菌对植物生长有促进作用。本研究对小果野蕉的AGO蛋白进行比对鉴定,最终找到16个AGO蛋白,其中14个定位于6条已知染色体上。本研究还对蛋白结构和基因进化等问题以及这些基因对根际促生菌的响应进行了研究。研究发现:这些蛋白可分为4个亚家族,且AGO1亚家族的基因普遍外显子多。表达谱研究发现,属于AGO4和AGO1亚家族的MaAGO2,MaAGO3,MaAGO9三个基因在对解淀粉芽孢杆菌、荧光假单胞菌是都表现出表达的升高,这暗示着植物AGO基因参与的生物学过程可能参与植物对根际促生菌的响应,也有助于以后这方面的研究。     

谷子糖转运蛋白基因SiSTPs的鉴定及其参与谷子抗逆胁迫响应的研究

糖转运蛋白(sugar transporter proteins,STPs)是一类主要转运己糖的单糖转运蛋白,在作物的生长发育和抗逆过程中发挥着重要作用。谷子是绿色旱作农业的主栽作物,也是C₄光合作用机理和禾本科抗逆基因挖掘的模式植物,目前有关谷子STP基因功能的研究还鲜有报道。因此,本研究利用生物信息学方法,对包括谷子在内的6种禾本科作物的STPs基因进行全基因组鉴定,重点对谷子SiSTPs基因的理化性质、染色体定位、系统进化、基因结构、保守结构域、组织表达模式,并对其参与谷子干旱和低磷胁迫以及白发病抗性响应进行了深入分析。在谷子、狗尾草、高粱、玉米、小麦和水稻中分别鉴定出STP基因家族成员24、26、23、22、33和27个,系统进化分析聚为4类。谷子的24个SiSTP基因不均匀的分布在7条染色体上,其编码氨基酸的大小为499～581 aa,这些SiSTP蛋白都具有Sugar_tr (PF00083)保守结构域,并且在启动子区存在大量的光响应以及逆境响应元件,分析发现谷子SiSTPs基因在进化过程中受到了强烈的纯化选择压力,存在明显的组织表...     

桑树PHR家族基因的鉴定及生物信息学分析

磷是植物生长发育的主要矿质营养元素之一,磷饥饿响应(phosphate starvation response, PHR)基因在调节植物磷素吸收中起着重要作用。鉴定桑树磷饥饿响应转录因子家族成员,分析其生物信息学特征,为桑树PHR家族基因的功能研究提供基础。从桑树基因组数据库中获得桑树PHR转录因子序列,利用GSDS、ExPASy、MEGA、MEME、psRNATarget、STRING等软件和网上转录组数据,对桑树PHR家族成员的基因结构、蛋白理化性质、保守基序、系统进化、基因组织表达、调控miRNA和蛋白互作网络进行分析。从桑树基因组中共鉴定出12个PHR基因家族成员,氨基酸数介于256～1 529之间,83.3%的成员属于酸性蛋白,所有成员均为亲水性蛋白。进化分析显示,MnPHR转录因子归为9个聚类组,各聚类组含有1～2个MnPHR成员。外显子数为6、7、8、19的MnPHR编码基因成员分别有7个、3个、1个、1个,同一聚类组中的基因结构类似。发现4个保守性较强的基序,所有MnPHR转录因子均含有基序1～4,聚类组Ⅰ～Ⅳ的MnPHR转录因子缺少基序6。基因组织表达分析发现10个桑树PHR基因在不同组织中有表达,且存在组织特异性,部分基因转录可能受miRNA的调控。MnPHR1的蛋白互作网络分析发现,其主要参与了纤维素合成和转录因子表达调控等生物学过程。桑树PHR家族基因结构和氨基酸序列具有较强的保守性,其组织表达和蛋白互作网络结果表明该家族基因在植物的生长发育和营养吸收过程中发挥作用。本研究结果为深入开展桑树磷吸收和转运相关基因的克隆和功能验证提供了基础。     

藜麦NLP转录因子家族的鉴定及表达分析

NLP转录因子是植物特有的一类转录因子家族,在植物氮素吸收、转运和同化过程中发挥重要作用。为了解NLP基因在藜麦中的全基因组特征和表达模式,利用生物信息学方法在藜麦基因组中鉴定出9个藜麦NLP基因家族成员,并对其理化性质、染色体定位、基因结构、蛋白保守结构域、保守基序、系统进化以及在不同氮素水平处理下的表达模式进行了分析。结果表明,藜麦9个NLP基因分布于7条染色体上;每个成员含有4～5个外显子、3～4个内含子以及上游非翻译区;启动子中包含有大量激素和胁迫响应的顺式作用元件,其中,在CqNLP3和CqNLP4的启动子区域均预测到1个氮素响应元件GCN4。藜麦NLP蛋白长718～952个氨基酸,分子质量为80.48～104.86 ku,等电点5.31～6.50;每个成员都含有RWP-RK和PB1共2个保守结构域,其在蛋白中的位置具有很高的相似性,保守基序的分析进一步证实了这2个结构域的保守性。系统进化分析表明,9个藜麦NLP家族成员可分为ClassⅠ,ClassⅡ和ClassⅢ共3组,其在进化关系上与拟南芥的亲缘关系更近。在缺氮条件下,CqNLP2、CqNLP3、CqNLP5和CqNLP8表达受到抑制,低氮下则诱导表达;低氮处理后期,CqNLP9的表达量急剧增加。荧光定量PCR表达趋势与转录组数据一致。研究结果可为后续CqNLPs基因克隆和氮素胁迫分析提供参考依据。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

青狗尾草(Setaria viridis)SBP基因家族的鉴定及表达分析

SQUAMOSA启动子结合蛋白家族作为一种转录调控因子广泛存在于植物中,起着调节生长发育及多种生理生化反应。目前,其编码基因已从多种植物中分离鉴定,但是在作为单子叶C4模式生物的青狗尾草中却尚未研究。本研究基于生物信息学方法,从青狗尾草全基因组中鉴定出17个SBP基因,对这些基因的结构、理化性质、染色体定位以及共线性进行分析,并且探讨了这些基因在不同组织的表达情况,此外,还对SBP蛋白质的基序和系统进化进行了分析。结果表明17个SBP基因分布于9条染色体上,其中SvSBP1与SvSBP9、SvSBP3和SvSBP12、SvSBP4和SvSBP14具有线性同源性,共有11个基因包含miR156结合位点。这些基因编码的SBP蛋白表现出不同物种的某些SBP蛋白之间较同一物种的SBP蛋白的遗传关系更近,暗示这些SBP家族成员的基本特征早在单双子叶植物分化之前就已经形成。SvSBP2、SvSBP8、SvSBP13、SvSBP17在所有组织中都有表达,SvSBP15、SvSBP16在所有组织中都不表达外,其余基因均在不同组织中特异性表达,其中花序分生组织中表达的基因数最多,暗示这些基因可能在青狗尾草花的形成中扮演重要角色,并与胁迫响应和叶片的生长发育相关。本研究为进一步鉴定基因功能、阐明青狗尾草生长发育的分子机理提供基础性信息。     

植物氮素吸收与利用的分子机制研究进展

氮素是重要的营养元素之一,是植物生长发育中的主要影响因子。为了提高氮素的利用效率,植物体不仅需要一个有效的氮素吸收机制,还需要将所积累的氮素在体内高效转运并在储藏器官中充分利用。植物体利用转运蛋白从土壤中吸收硝态氮、铵态氮和氨基酸态氮等形式的氮素后,通过NO3-还原、NH4+同化中的酶类和一些氨基转移酶、尿素酶等的作用来完成体内的氮素代谢。介绍了近年来这些与氮素利用效率相关基因的分离与表达调控,以及利用基因工程手段对相关基因进行过表达分析的主要研究进展,为进一步阐明植物高效吸收利用氮素的分子机理以培育氮高效利用新品种提供重要的分子依据。     

玉米开花促进基因ZmGI及其同源蛋白结构特征分析和功能预测

光周期是调控植物开花的重要因子之一，对植物的生长发育具有重要影响。为更好地揭示开花促进基因Zm GI在玉米中的功能，本研究以12个GI蛋白作为靶标，利用生物信息学分析方法，对GI各编码蛋白的理化性质、保守基序、蛋白质二级结构、基因结构、上游启动子顺式调控元件等信息进行分析，旨在揭示Zm GI的表达模式。结果表明，同一亚群的基因结构相似度更高。12个同源蛋白表现出：(1)具有10个不同的保守模体；(2)不具有跨膜结构域的特征。亚细胞定位结果预测表明，GI蛋白可能定位于细胞核和叶绿体中。互作蛋白分析表明，具有CCT结构域的基因可能与Zm GI共表达于细胞中。组织表达模式分析发现，Zm GI在成熟叶片中显著表达。启动子分析结果显示，GI上游启动子中存在大量的逆境响应元件和光响应元件。这些结果将为深度解析Zm GI基因的功能提供更丰富的理论支撑。     

甘薯PHB基因家族的全基因组鉴定和表达分析

蛋白质抑制素(prohibitin, PHB)是在原核生物到真核生物中发现的含有SPFH结构域的蛋白质。植物PHB基因家族参与多种不同生物过程的重要功能,包括生长发育以及对生物和非生物胁迫的响应。目前PHB蛋白在拟南芥、水稻、玉米、大豆、番茄和陆地棉等多种植物中被鉴定。但对甘薯中PHB家族的系统分析仍未确定。本研究鉴定出甘薯11个PHB基因,且对这些保守的蛋白质基序和基因结构的分析显示它们在系统发育亚群中具有高度的保守性。此外,启动子区域预测出与多种激素调节及胁迫相关的顺式作用元件,同时研究发现IbPHB基因在植物不同部位及受到不同的非生物胁迫时的表达模式存在差异。本研究系统分析了甘薯中IbPHB基因的一般特性,为甘薯及其他植物中PHB基因的功能特性研究提供了理论基础。     

荔枝多胺氧化酶(PAO)基因家族的全基因组鉴定与表达分析

为了探究PAO基因在荔枝(Litchi chinensis Sonn.)生长发育过程中的生物学功能,本研究基于荔枝全基因组数据,利用生物信息学方法筛选与鉴定荔枝PAO基因(LcPAO)成员,并对其理化性质、系统发育、结构、染色体定位、顺式作用元件、蛋白结构、miRNA靶位点和表达模式进行了分析。结果表明,一共鉴定得到10个LcPAO基因,全部为亲水蛋白。系统发育分析发现LcPAO落在4个亚族中的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ亚族。LcPAO1～LcPAO3和LcPAO9～LcPAO10属于典型的PAO蛋白,LcPAO4～LcPAO8还含有一个特异的SWIRM结构域,属于非典型PAO蛋白。顺式作用元件分析表明其主要含光响应元件、逆境胁迫相关元件以及激素响应相关元件。miRNA靶位点分析发现LcPAO基因受到22个miRNAs的靶向调控。转录组表达模式分析发现,除了LcPAO1和LcPAO4,余下的LcPAO基因可能与荔枝果皮着色相关。所有的LcPAO基因均可能与荔枝的化学控花相关。除了LcPAO1所有的LcPAO基因均可能与荔枝果实脱落相关。本研究为深入研究LcPAO基因的功能和调控机制提供参考。     

小麦PHD基因家族鉴定及干旱胁迫应答分析

PHD (Plant homeodomain)基因家族是一类编码锌指类转录因子的家族,在调节植物的生长发育过程中起着重要作用。然而,目前对于PHD基因家族如何参与杂交种小麦的干旱胁迫响应的报道较少。本研究利用小麦最新基因组数据鉴定出165个PHD家族基因,这些PHD基因分布在21条染色体上,且在这些基因中存在7对片段重复。外显子/内含子结构和蛋白基序分析发现每个分支中的基因均具有相似的结构。Gene ontology (GO)分析表明,大部分PHD蛋白主要在细胞核内发挥作用,参与多种结合过程、表观遗传、植物生长发育及逆境胁迫响应等生物学过程。通过抗旱转录组及组织表达数据,共筛选出7个PHD基因与干旱胁迫耐受相关。进一步使用干旱处理前后的小麦杂交种‘JM6’及其父母本为材料,对筛选出的7个PHD基因进行实时荧光定量PCR验证,发现TaPHD-D18、TaPHD-D23、TaPHD-A44和TaPHD-B57基因可能参与了杂交种‘JM6’的抗旱过程。综上所述,本研究从小麦PHD家族中筛选出4个参与杂交种小麦‘JM6’抗旱候选基因,为进一步深入研究小麦PHD家族基因在杂交种小麦中的抗旱性提供...     

玉米生长素响应因子家族基因的表达模式分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)是一类重要的转录因子,通过特异性地结合生长素响应元件调节下游靶基因的转录,参与诸多植物生长发育过程的调控。玉米中有许多ARF家族基因,但其表达模式有待深入研究。本研究分析了玉米ARF家族基因在不同组织器官中的表达,发现除ARF10、ARF16和ARF34组成型表达外,其余32个ARF基因的表达水平在生殖器官中要明显高于营养器官。对ARF基因启动子区的顺式作用元件分析显示,28个ARF基因的启动子区含有逆境胁迫相关顺式元件,实时定量PCR分析结果显示,多个ARF基因分别响应冷、热、盐和渗透胁迫。研究结果不仅暗示了ARF家族基因在玉米生殖生长和非生物逆境胁迫响应中的重要性,也为全面解析ARF基因在玉米中的生物学功能提供有用信息。     

甘蔗丙二烯氧化物合成酶ScAOS的克隆与表达分析

茉莉酸类物质(JAs)作为植物体内的内源生长调节物质,其包括了茉莉酸、茉莉酸甲酯、茉莉酸异亮氨酸及其相关衍生物质,对植物生长发育及抗性防御机制发挥着重要作用。丙二烯氧化物合成酶(allene oxide synthase, AOS)是植物体内茉莉酸生物合成途径的关键酶,影响着茉莉酸类物质的生物合成,进而调节植物的形态建成和防御反应。本研究基于甘蔗转录组数据库,成功克隆到甘蔗丙二烯氧化物合成酶ScAOS的ORF全长序列,利用生物信息学方法了解该基因基本理化性质,并通过qRT-PCR实验分析不同组织和不同胁迫下ScAOS的表达水平差异。生物信息学结果表明,ScAOS基因开放阅读框为1 450 bp,编码482个氨基酸,等电点为6.30,不稳定系数为28.4,平均疏水性值为-0.12,预测ScAOS基因编码的蛋白为稳定酸性亲水蛋白。二级结构三级结构预测其元件结构主要为α-螺旋结构和无规则卷曲,该基因含有P450超家族的PLN02648的结构域,属于细胞色素P450基因家族中的CYP74A蛋白家族成员。系统进化树结果显示,ScAOS与高粱处在同一分支上,一致性高达90.4%。qRT-PCR结果显示,ScAOS在甘蔗根茎叶中均有表达,其中在茎中的表达量最高,在叶中的表达量最低。不同胁迫处理的表达差异结果显示,ScAOS均能响应盐害、干旱、植物激素、病虫害等环境胁迫。其中在NaCl、PEG、MeJA、病原菌和黏虫取食胁迫下表达水平均表现持续上升趋势,而在ABA处理下则表现下调趋势。本研究成功克隆到甘蔗ScAOS基因,并通过表达分析发现ScAOS在植物抗性防御方面作用显著。     

辣椒14-3-3蛋白基因家族全基因组鉴定与表达特征分析

14-3-3蛋白(GRF)基因家族通过与靶蛋白相互作用,广泛参与植物激素信号转导和生理代谢过程,在植株生长发育和逆境响应中发挥重要作用。本研究以辣椒(Capsicum annuum)为材料,利用生物信息学研究方法,鉴定得到15个辣椒14-3-3基因家族成员,命名为CaGRF1～CaGRF15。系统分析了CaGRF基因家族成员的结构、进化关系、启动子顺式作用元件、组织及冷胁迫表达,并对CaGRF蛋白互作网络进行预测。结果表明,根据进化关系CaGRF家族成员被分为ε类和非ε类,ε类CaGRF含有更多外显子和内含子;启动子序列分析发现CaGRF启动子中有多个响应激素、胁迫、光的顺式作用元件;表达分析表明CaGRF各成员在辣椒各组织和冷胁迫响应中特异性表达;蛋白互作网络预测发现CaGRF可能与氮代谢、质子转运、转录调控相关蛋白互作。本研究为深入研究辣椒14-3-3家族成员功能及调控途径提供了参考。