黄瓜CsamiR156a及其靶基因CsSPLs的生物信息学分析

miR156是植物中广泛存在的一类miRNA,在逆境胁迫和植物生长发育过程中发挥了重要作用.为了深入研究CsamiR156a在黄瓜果实膨大中的功能,本研究采用生物信息学方法对CsamiR156a及其靶基因CsSPLs(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)进行分析.结果表明,Cs...     

茄子(Solanum melongena)MADs-box家族基因SmA GL9的克隆与表达分析

本研究以茄子单性结实品系D-10和非单性结实品系03-2所构建的抑制差减文库(SSH)中差异表达的EST片段fan11为依据,利用RACE技术克隆得到一条与AGL9基因一致性达97.93%的cDNA序列,命名为SmA GL9。生物信息学分析表明,该基因有一个全长726 bp的开放阅读框,编码241个氨基酸,预测蛋白分子量为27.546 2 kD,理论等电点为9.00。保守结构域分析发现该蛋白含有MADS-MEF2-like和K-box两个保守结构域,属MADS-box转录因子。同源进化分析结果显示SmAGL9基因的蛋白质序列与辣椒AGL9基因同源关系相近。RT-qPCR分析表明,低温条件下SmAGL9基因在单性结实和非单性结实的子房和果实发育过程中均有表达,果实发育初期单性结实品系中的表达量显著高于非单性结实品系,推测SmAGL9基因在茄子单性结实子房和果实发育初期具有重要的调控作用。结果可为进一步研究茄子单性结实果实形成的分子机理提供参考。     

花生荚果发育过程中的microRNA鉴定与表达分析

花生(Arachis hypogaea L.)是典型“地上开花、地下结果”的作物,为从转录后调控水平解析此独特的果实发育现象,本文应用small RNA测序技术研究荚果发育11个时期果壳及种子中的microRNA及其靶基因。通过测序分别获得212个已知的microRNA和112个新microRNA,其中,已知microRNA包括197个保守microRNA和15个花生特异microRNA,新microRNA来自62个新的microRNA前体序列。表达分析发现,67个microRNA及其靶基因在荚果发育的11个时期存在时空特异性表达,部分microRNA的表达量积累阶段性调节果壳与种子的发育,表明microRNA参与了花生荚果暗发育的整个过程。此外,对28个microRNA与30个靶基因进行荧光定量PCR验证发现,microRNA和靶基因的表达趋势与测序结果基本一致。本研究通过对花生荚果不同发育时期的果壳和种子进行small RNA测序,鉴定参与调控花生荚果膨大相关的microRNA,为研究黑暗条件下植物果实发育的调控机制与花生遗传改良奠定理论基础。     

植物miR399家族分子特征及靶基因功能分析

为研究植物miR399家族成员构成、分子特征及其靶基因功能,利用生物信息学方法对植物miR399家族成员数量、系统进化、二级结构、启动子特征及靶基因功能进行分析。共获得244个成熟miR399成员,仅分布在被子植物中,不同物种中pre-miR399和miR399的数量分布差异较大;大多数pre-miR399仅剪切为单个成熟miR399,数量最多的pre-miR399长度为64 nt,93.85%的成熟miR399序列长度为21 nt;pre-miR399序列分析显示,3′端保守性高于5′端,且大部分成熟miR399序列来源于3′端,保守序列为UGCCAAAGGAGA*UUGCCC*G;进化分析显示,miR399序列一致性较高,但不同种属间聚类关系较复杂;植物pre-miR399主要分为3种类型:①产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的3′端;②产生2条成熟miR399,分别位于pre-miR399的3′端和5′端;③产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的5′端;pre-miR399启动子区含有大量激素和胁迫响应元件;水稻miR399家族靶基因本体分析显示,细胞组分分类中的细胞和细胞部分类别占比均为59.1%,分子功能分类中的催化活性和结合类型占比分别为40.9%和45.5%,miR399调控了多个磷响应和磷转运靶基因,这些基因主要参与了植物磷代谢、应激响应、基因表达调控等多项进程。研究表明,miR399在植物进化过程中高度保守,能够响应多种不同信号,其参与了植物的多种生命过程,尤其在植物磷饥饿胁迫和磷转运中发挥重要作用。     

黑果枸杞bHLH转录因子家族的生物信息学分析

植物转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的作用。BHLH转录因子是植物转录因子中最大的家族之一,不仅影响植物生长发育、胁迫响应,还参与调控信号转导和激素合成。为了丰富bHLH家族在不同物种中的系统研究,本研究通过对枸杞属植物黑果枸杞的bHLH家族进行全面分析和鉴定,结果表明,通过对注释得到的132个非冗余的黑果枸杞bHLH基因家族成员进行亚细胞定位预测,发现81个b HLH转录因子定位于细胞核中,48个定位于细胞外。黑果枸杞bHLH蛋白含2个保守结构域,碱性区含有高度保守序列His5-Glu9-Arg13,与靶DNA结合相关;螺旋区内Arg-25和Arg-55完全保守,参与二聚体形成。黑果枸杞bHLH蛋白结构域有多个氨基酸位点保守性较高,其中98个bHLH蛋白具有E-box结合功能,19个出现频率高于50%的保守位点,属于bHLH典型结构域序列特征。黑果枸杞bHLH家族含有3种保守基序,黑果枸杞bHLH基因全部成员可分为22个亚族。随着黑果枸杞果实的发育,bHLH家族基因的表达存在差异,有48个bHLH转录因子基因随果实的发育成熟呈现出表达量上调,共有41个bHLH转录因子基因随果实的发育成熟表达下调。     

基于高通量测序分析中华辣椒果实发育期相关的miRNA

辣椒的成熟过程是一个受基因调控表达以及多种通路协作完成的复杂的过程,其中microRNA在调控基因表达方面具有重要的作用。本研究为了进一步探索辣椒果实中miRNA及其靶基因在果实成熟过程中的功能,构建了中华辣椒(Capsicum chinense)绿熟期、转色期、红熟期不同成熟时期果实的小RNA文库,并利用生物信息学分析探讨其调控过程中的信号通路。结果表明,三个时期分别获得22 138 507、17 692 000和14 480 729条miRNA序列,共鉴定出149条保守的miRNA。其中,绿熟期到转色期下调表达和上调表达的miRNA分别有3和7条,绿熟期到红熟期下调表达和上调表达的miRNA分别有26和22条,说明microRNA参与了果实成熟的过程。靶基因预测及功能富集分析显示它们可能参与了乙烯、生长素、细胞分裂素、脱落酸、茉莉酸介导的信号途径。本研究结果为今后辣椒成熟中的激素调节变化的研究提供了可能的理论依据。     

黄瓜果实CsEXP5基因片段的克隆与序列分析

以授粉后黄瓜幼果组织的总RNA为模板,利用简并引物,采用RT-PCR方法扩增出1条长度为480 bp的cD-NA片段。序列分析结果表明,该cDNA片段与来源于黄瓜根组织的CsEXP5片段序列(AF319471)同属一个基因,序列拼接后得到526 bp的cDNA序列。预测的CsEXP5蛋白具有一系列保守的Trp残基和HFD,KNFRV保守域。该蛋白属于α-扩张蛋白,与CsEXP10蛋白的同源性高达90%。该基因首次从黄瓜幼果中得以克隆,可能与黄瓜果实膨大生长有一定关系。     

黄瓜扩张蛋白Cs-EXP10基因5′序列的克隆和表达的初步分析

扩张蛋白是促进植物细胞壁伸展的一类蛋白质,黄瓜果实膨大过程中扩张蛋白具有重要作用.本研究以发育中的黄瓜果实RNA为试验材料,通过RACE方法克隆了黄瓜Cs-EXP10基因的5′端未知序列,进而获得了该基因的全长,序列分析显示该基因编码287个氨基酸,有扩张蛋白的特征序列.Southern杂交表明Cs-EXP10在基因组...     

三七Expansin家族基因的鉴定及生物信息分析

扩展蛋白(Expansins)作为细胞壁松弛蛋白,是调控细胞壁延展的重要调节因子,参与调控植物细胞壁松弛、细胞膨大与胁迫反应等过程。本研究从三七基因组中共鉴定到24个Expansins基因,其中,EXPA亚家族成员17个,EXPB亚家族成员3个,EXLA亚家族成员1个,EXLB亚家族成员3个,系统进化分析显示它们与不同物种间有一定亲缘关系,表明该家族基因具有一定保守性。通过分析6个生长时期的三七主根中Expansins家族基因表达热图,发现Pn EXP15、Pn EXP17、Pn EXP22、Pn EXP24在三七主根发育过程中显著高表达,可能参与调控细胞壁松弛来调节三七主根的发育,以促进三七主根的膨大。本研究为深入探索三七扩展蛋白家族基因的功能、物种间的进化关系和三七分子育种提供科学参考依据。     

小桐子miR394家族鉴定及其靶基因的低温表达特性

MicroRNA (miRNA)是植物基因转录与翻译的重要调控因子,miR394参与植物多种抗逆性的调节过程。为深入研究miR394在小桐子抗冷性中的调控机制,利用生物信息学方法对小桐子miR394进行鉴定及靶基因预测,并通过实时荧光定量PCR分析了jcu-miR394及其预测靶基因在低温胁迫下的差异表达特性。结果表明,小桐子中共鉴定到两个miR394基因(jcu-MIR394a, jcu-MIR394b),都可形成稳定的茎环结构,成熟体序列都位于茎环结构的5′端,且都为20 nt (5′-UUGGCAUUCUGUCCACCUCC-3′)。靶基因预测与RT-qPCR表达分析显示,小桐子FBXO6是miR394的潜在靶基因,并可能通过miR394b-FBXO6靶向互作参与小桐子抗冷性过程。本研究结果为开展小桐子miR394参与抗冷性机制研究奠定了基础。     

黄瓜VQ家族全基因组鉴定

VQ蛋白是参与调控植物生长发育的一类重要蛋白,在植物中高度保守,因其可以与WRKY转录因子相互作用,近年来被广泛关注。目前,关于VQ基因家族在黄瓜中的研究鲜有报道。本研究采用生物信息学技术对黄瓜VQ基因进行系统研究,并对其编码蛋白的结构、性质、亚细胞定位和进化关系进行了分析。结果表明,黄瓜VQ基因家族由26个成员组成,且多数CsVQs编码的蛋白呈现中性或偏碱性,并由含单外显子的基因编码,定位在细胞核上。26个VQ基因均存在保守的缬氨酸(V)和谷氨酰胺(Q)基序,共同含有核心基序FxxxVQx (L/V/F)TG,不均匀地分布在黄瓜7条染色体上。表达模式分析结果表明,黄瓜VQs基因在不同组织中特异性表达,表明其在黄瓜组织器官生长发育中的发挥重要作用。本研究结果为进一步解析黄瓜VQ基因家族成员,深入探讨黄瓜VQ基因的生物学功能提供参考依据。     

油棕GDSL酯酶/脂肪酶基因的全基因组鉴定及表达分析

全基因组范围内挖掘并鉴定油棕脂肪酶基因(GDSL)家族成员,并对其进行生物信息学及表达分析,为今后油棕GDSL的功能研究奠定基础。以拟南芥GDSL蛋白序列为标签,在油棕全基因组数据库中BLAST同源GDSL蛋白序列,并通过CDD和PFAM数据库完成GDSL蛋白序列的分析,剔除无保守结构的序列,最后利用生物信息学对油棕GDSL家族成员进行可视化分析。共获得109个油棕GDSL基因,其中有90个基因分布在油棕的15条染色体上,1号染色体上含有的基因数最多,为14个;基因结构较为稳定,大多数基因具有5个外显子,少数基因的外显子数目变化较大;油棕GDSL基因家族motif保守性较高;通过预测蛋白的二级结构,发现EgGDSL蛋白均存在α-螺旋、β-转角、无规则卷曲及延伸链这4种结构,其中75个EgGDSL以无规则卷曲为主要结构,α-螺旋为次要结构,34个蛋白以α-螺旋为主要结构,无规则卷曲为次要结构;通过热图分析发现EgGDSL基因在油棕不同组织中(中果皮,果仁,根,叶,茎和花)均有一定的表达,且具有显著的组织和时空表达特异性。本研究首次提供了油棕GDSL基因家族的染色体定位、基因结构、保守mo...     

甜荞FaesFUL4基因的克隆与表达分析

本研究采用同源克隆的方法,从甜荞(Fagopyrum esculentum Moench.)品种‘北早生’中分离出调控果实发育的FaesFUL4基因,该基因的cDNA序列全长795 bp,包含一个长为714 bp完整的开放阅读框,共编码237个氨基酸和1个终止密码子。分子系统发生分析和同源蛋白比对结果显示:FaesFUL4蛋白属于A类MADS-box基因家族AP1/SQUA亚家族的euFUL进化系,含有MADS、I、K和C末端四个明显的结构域,且C末端转录激活区含有2个保守的模体(Motif):FUL motif和paleoAP1 motif。基因表达的组织特异性分析表明:FaesFUL4基因主要在甜荞叶片、花序和果实中表达,在根和茎中有微量表达,其在花序中的相对表达量最高。进一步分析基因在果实不同发育时期的表达量发现,其在果实迅速膨大期表达量最高。因此推测该基因不但参与调控花器官的发育过程,且对于维持果实的正常发育具有重要作用。     

小麦TaROP2基因在生长发育中生物学功能的初步鉴定

植物ROP(Rho-like GTPases from plants)蛋白是小GTP结合蛋白Rho家族的成员之一,参与调控花粉管的极性伸长、根毛的发育、细胞骨架的重排、细胞发育与形态建成、细胞的内膜运输等。为探索ROP蛋白参与小麦生长发育过程中的作用,我们克隆了小麦TaROP2基因,利用生物信息学方法对TaROP2氨基酸序列中的保守结构域进行了分析。采用荧光定量方法,我们发现TaROP2基因在小麦幼苗分生组织中表达量相对较高。亚细胞定位分析结果表明,小麦TaROP2蛋白定位于细胞膜和细胞核。我们还构建了TaROP2基因的植物过表达载体pGWB6-TaROP2,并获得拟南芥异源过表达目的蛋白的转基因植株。表型分析发现TaROP2基因参与拟南芥侧根形成和气孔发育。该研究为研究小麦TaROP2基因在生长发育中生物学功能,奠定了实验基础。     

黄瓜NRT3基因的鉴定和特征分析

旨在探讨黄瓜NRT3基因的遗传进化和功能,为进一步研究黄瓜NRT3基因的功能提供依据。利用生物信息学方法,从黄瓜基因组中鉴定出2个NRT3基因,并对这些基因的基因组分布、结构、遗传进化和顺式元件进行了系统分析。结果显示,黄瓜的NRT3两个基因均位于1号染色体,具有1个或者2个外显子,分别与拟南芥的NRT3.1或者NRT3.2直系同源。NRT3在瓜类作物间编码蛋白的序列非常保守,它们都具有数个植物激素和逆境应答元件,而且黄瓜和甜瓜的直系同源NRT3基因的顺式调控元件存在较大差异。本研究为进一步研究黄瓜NRT3的遗传进化和功能提供了线索。     

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。     

水稻Osa-miR5485生物信息学分析及表达载体构建

为研究水稻microRNAs (miRNAs)的功能,本研究采用生物信息学方法分析Osa-miR5485的结构及功能注释。结果表明,Osa-miR5485前体序列具有典型的发夹结构,其启动子具有41个顺式作用元件,其中有些作用元件与非生物胁迫、激素、组织特异性表达相关。实时荧光定量PCR (RT-qPCR)分析结果发现,Osa-miR5485在幼穗具有特异性表达。利用psRNATarget和Starbase数据库预测到Osa-miR5485调控的73个靶基因。GO功能注释结果表明,靶基因主要涉及水解酶活性和碳水化合物的结合等分子功能、膜和质膜等细胞组分、胁迫应答和DNA修复等生物过程。多个Osa-miR5485靶基因表达呈现器官或组织特异性,或受干旱、ABA、JA等非生物胁迫诱导表达。RT-qPCR分析发现,Osa-miR5485表达模式与靶基因LOC_Os11g38260 (编码质体原纤蛋白)呈现相反的趋势,初步推测Osa-miR5485参与水稻生殖生长阶段的非生物胁迫反应。构建了Osa-miR5485的增强表达载体和基因编辑载体,为进一步探讨Osa-miR5485的生物学功能奠定基础。     

黄瓜ζ-胡萝卜素脱氢酶基因克隆及表达分析

以西双版纳黄瓜为试材,从黄瓜果肉中克隆ζ-胡萝卜素脱氢酶(ZDS)基因的cDNA序列,命名为CsZds。获得目的片段长度为1805bp,该序列具有完整的开放阅读框,位于31~1761bp,编码576个氨基酸。序列比对分析结果显示,该蛋白在氨基端变化十分明显,中部较为保守,存在一个特征序列。系统进化分析表明,推测的CsZDS蛋白与南瓜中ZDS蛋白同源性最高,达到91.84%。利用实时荧光定量PCR技术分析结果显示,随着果实成熟期的延长,西双版纳黄瓜CsZds基因的表达量呈明显上升的趋势,在转色期达到最大。在果实发育过程中,西双版纳黄瓜CsZds基因的表达量高于普通黄瓜。     

黄瓜ABC转运蛋白基因(abca19)的克隆及其对农药霜霉威胁迫的响应

ABC转运蛋白基因与植物的多抗耐药性密切相关,是植物抗农药机理研究的热点。克隆黄瓜ABC转运蛋白基因abca19,分析其编码蛋白的氨基酸序列、理化性质和结构,了解其在霜霉威胁迫条件下的表达规律,为abca19的研究奠定基础,为黄瓜抗农药霜霉威机理研究积累材料。以D0351为材料,根据黄瓜基因组数据库中Csa7M368750.1基因编码区全序列,应用Primer Premier 5.0软件设计引物,从黄瓜果实cDNA中克隆abca19基因的开放阅读框。定量PCR分析霜霉威胁迫处理条件下,黄瓜果实不同处理时间和黄瓜不同部位abca19的表达变化。abca19序列长度为921bp,注册到Gene Bank,登录号为KC123181。abca19编码306个氨基酸,与大豆(Glycine max)等植物abca19的同源性为80%。该蛋白是一个疏水蛋白,无跨膜结构,包含6个α-螺旋结构,无信号肽。具有蛋白激酶C磷酸化位点、N-豆蔻酰化位点、N-糖基化位点和酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点等多个活性位点。霜霉威处理条件下,0.5~6h黄瓜果实处理组abca19相对表达量极显著高于对照,9~48h对照组abca19相对表达量高于处理组,但二者间差异不显著。不同处理时间点(3、9和24h),叶片中abca19相对表达量最高,果实中其次,茎中最低。成功克隆到黄瓜abca19,该基因具有已知物种abca19的特征。霜霉威处理条件下,黄瓜果实abca19参与农药霜霉威胁迫响应,反应迅速且具有时限性。在黄瓜叶片和果实中,abca19积极参与对农药霜霉威胁迫的响应,茎中响应较弱。     

广藿香PatTIFY6b基因克隆与功能分析

茉莉酸甲酯能诱导广藿香叶片中百秋李醇含量升高,但是其中的分子机制不清楚。本研究从茉莉酸甲酯处理的广藿香叶片转录组数据中筛选到一个表达量显著增加的基因,经过序列比对发现该基因与唇形科丹参转录因子Sm TIFY6b具有高度同源性,因此将其命名为PatTIFY6b。通过生物信息学对PatTIFY6b编码蛋白的结构和功能进行分析和预测,并以广藿香cDNA为模板,克隆得到PatTIFY6b。PatTIFY6b定位于细胞核,在广藿香不同组织中均有表达,叶片中表达量最高。茉莉酸甲酯处理下,PatTIFY6b和百秋李醇合成途径基因具有相似的表达模式,说明茉莉酸甲酯可能通过PatTIFY6b调控百秋李醇的合成。利用原核表达系统,成功表达了PatTIFY6b蛋白。将PatTIFY6b过表达在双子叶模式植物拟南芥中,筛选到纯合株系PatTIFY6b-ox-17。本研究首次克隆广藿香PatTIFY6b基因并对其功能进行初步探究,为后期研究广藿香百秋李醇生物合成的分子调控机制提供理论基础。