西瓜YABBY基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

以西瓜YABBY基因家族为研究对象，利用TBtools、MEGA、ITOL等软件对西瓜YABBY基因家族进行全基因组鉴定与生物信息学分析，包括对西瓜YABBY基因家族的全基因鉴定、染色体定位、基因结构分析、蛋白保守基序分析、系统进化树分析、启动子顺式作用元件分析和共线性分析，以期能够为西瓜YABBY基因的功能研究与分子机制提供参考依据。结果表明：西瓜YABBY基因家族共9个成员，分布于7条染色体上。西瓜YABBY基因编码蛋白质组成的氨基酸数量范围为169～242 aa,蛋白质分子量变化范围为19.07～26.91 kDa,蛋白质理论等电点PI的范围为7.53～9.69。西瓜YABBY基因家族分为3个类群，同一类群具有相同的外显子-内含子排列方式，且具有相似的蛋白保守基序排列。西瓜、拟南芥、水稻、番茄的YABBY基因家族被分为5个亚族，每个亚族均有西瓜YABBY基因成员分布。西瓜YABBY基因启动子区域含有激素应答、光响应、胁迫应答、转录因子结合位点等相关的多种顺式作用元件。西瓜YABBY基因家族共有3对基因存在串联重复和片段复制。     

桃生长素反应因子和生长素/吲哚乙酸蛋白家族基因的克隆及表达分析

生长素对果实发育起着重要的调控作用。生长素反应因子（auxin response factor,ARF）和生长素/吲哚乙酸蛋白（auxin/indoleacetic acids protein,Aux/IAA）是生长素信号转导系统中的两个关键因子,在转录水平上对生长素参与的生理活动进行调控。为探索生长素调控桃果实发育的机制,选取ARF家族的1 个基因PpARF1,Aux/IAA 家族的5 个基因PpIAA3、PpIAA9、PpIAA17、PpIAA26 和PpIAA29,克隆其全长cDNA 序列并进行生物信息学分析,对它们在桃果实不同发育时期中果皮和种子的表达进行qRT-PCR 检测。序列分析表明：这6 个基因的编码区全长分别为2 037、594、1 194、618、384 和723 bp,分别编码678、197、397、205、127 和240 个氨基酸;氨基酸序列比对分析显示桃PpARF1 蛋白序列和草莓的FvARF1（XP_004300014.1）同源性最高,达到90.56%,PpIAA 家族的5 个蛋白同源性很低,只有23.77%;荧光定量PCR 结果显示,在花后52 d（果实发育硬核期）,PpIAA3 和PpIAA17 在中果皮中的表达量显著升高;PpIAA26、PpIAA29 和PpARF1 在种子中的表达量显著升高。预示生长素可能在桃果实发育硬核期发挥着重要的调控作用。     

草莓花色苷物质鉴定及关键基因表达分析

建立了应用HPLC–MS/MS快速分离、鉴定草莓花色苷的方法，并对不同果色12个草莓品种的成熟果实进行花色苷定量和定性分析，同时对比分析草莓（Fragaria×ananassa，八倍体）和森林草莓（F.vesca，二倍体）基因组中花色苷合成相关基因的数量和染色体定位，通过RNA-Seq和qRT-PCR分析它们在果实发育过程中的转录水平变化。在草莓中检测到8种花色苷，包括首次检测到的芍药素–3–葡萄糖苷、芍药素–丙二酰葡糖苷和芍药素–3–甲基丙二酰葡糖苷。不同果色草莓果实中总花色苷含量差异较大，均以天竺葵素–3–葡糖苷为主。草莓基因组包含73个花色苷合成相关基因，是森林草莓的3～4倍，均匀分布在4套亚基因组上。RNA-Seq结果显示整体上多拷贝基因在草莓果实中的表达水平没有显著差异，未发生明显的偏向性表达。花色苷合成关键路径基因（PAL1、CHS、CHI、F3H、DFR1、ANS、UFGT），转运基因（GST）和转录因子基因MYB10在草莓果实成熟过程中表达量显著增加，尤其是花色苷积累期，表明这些基因在草莓果实花色苷积累中起关键作用。     

桃MRLK家族全基因组鉴定及蚜虫侵染后的表达分析

以Malectin(PF11721)、Malectin-like(PF12819)和Pkinase(PF07714)保守域全蛋白序列为种子序列,鉴定桃(Prunus persica)基因组中全部MRLK类受体激酶(Malectin receptor-like kinases)家族成员,并利用转录组测序分析桃绿蚜侵染不同时间MRLK在抗蚜和感蚜品系材料中的表达情况。利用生物信息学手段进行分析,共获得41个MRLK家族成员,这些基因分布在桃的8条染色体上。家族成员氨基酸数量介于391～1 035 aa,分子量44.05～115.09 kD,等电点5.38～9.16。分析系统进化树发现拟南芥、水稻和桃的MRLK家族分为5个亚组,其中桃MRLK家族成员分布在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ亚组上。亚细胞定位预测显示该家族成员全部定位在细胞膜上。顺式作用元件预测结果显示该家族成员启动子包含光、激素以及响应生物与非生物胁迫的作用元件。桃绿蚜侵染结果表明,桃MRLK家族中19个基因在5个桃材料中均未表达,15个基因在抗蚜品系‘P5868’与其他4个材料之间无差异表达。Pp MRLK2、Pp MRLK9、Pp MRLK22...     

黄瓜bZIP基因家族鉴定及功能分析

为研究bZIP家族基因在黄瓜表皮毛发育过程中的功能,利用生物信息学方法对黄瓜bZIP家族基因进行全基因组鉴定、染色体定位、系统进化分析、基序分析和结构域预测,并结合转录组分析和拟南芥异源转化,筛选与黄瓜表皮毛发育相关的基因。结果表明,黄瓜全基因组编码75个bZIP家族成员,不均等地分布在黄瓜的7条染色体上。该家族成员分为10个亚家族,各亚族成员具有相似的基因结构和保守基序。其中,对4个差异表达的bZIP基因CsaV3＿7G003290、CsaV3＿4G004890、CsaV3＿2G031960和CsaV3＿3G046530的拟南芥同源基因突变体表型观察发现,Atbzip47和Atbzip56拟南芥突变体茎秆处表皮毛数量显著减少。将CsaV3＿2G031960和CsaV3＿3G046530基因在Atbzip56突变体中进行异源转化,回补了Atbzip56突变体的表型。此结果为进一步解析CsbZIPs基因成员在黄瓜表皮毛发育中的功能和调控路径提供了参考。     

基于转录组信息的百合SWEET基因家族鉴定及表达特性分析

以东方百合品种‘西伯利亚’为试材,采用生物信息学方法,研究了百合SWEET基因家族成员编码蛋白的理化性质、二级结构、系统进化、保守结构域、Motif及基因表达模式,对百合SWEET基因家族成员进行鉴定,探究其在鳞茎发育过程中的作用,以期为该类基因生物学功能和百合地下茎生鳞茎发育机制的研究提供参考依据。结果表明：从转录组数据鉴定到了12个SWEET基因,所有家族成员都为稳定的疏水蛋白,且均含有MtN3＿slv结构域,可划分为4个亚家族,不同成员在百合茎生鳞茎形成和进一步发育中差异表达。     

蔗糖转化酶家族基因进化、表达及对草莓果实糖分积累的影响

在草莓蔗糖碱性/中性转化酶家族基因(Fa.A/N-Inv)成员序列分析的基础上,以‘申阳’和‘红颜’草莓为材料,利用实时定量PCR技术分析了Fa.A/N-Inv家族基因在不同条件下的表达模式,利用分光光度法测定了果实发育过程中A/N-Inv酶活性,利用高效液相色谱法分析了果实发育阶段糖分积累规律。结果表明:(1)Fa.A/N-Inv是由8个成员组成的多基因家族;(2)4个Fa.A/N-Invs不仅具有组织特异性,还具有果实发育阶段特异性和品种特异性表达特点;(3)4个Fa.A/N-Invs的表达受细胞分裂素(BA)、赤霉素(GA)和生长素(IAA)诱导;(4)蔗糖和葡萄糖作为A/N-Inv酶促反应的底物和产物,分别对4个Fa.A/N-Invs转录表达起正、负反馈调节作用,此外蔗糖还可作为一种信号分子诱导Fa.A/N-Invs表达;(5)‘申阳’草莓A/N-Inv酶活性在绿果阶段低于‘红颜’,其余阶段均高于‘红颜’;(6)成熟果实中蔗糖含量‘红颜’(50.7 mg·g~(-1) FW)约为‘申阳’(23.2 mg·g~(-1) FW)的2倍。     

梨Trihelix转录因子家族成员鉴定及表达分析

Trihelix转录因子可以和光应答相关的GT元件结合,因此又称GT转录因子。本研究从梨基因组中鉴定出16个Trihelix家族基因,依次命名为PbGT1～PbGT16,从同属于蔷薇科的草莓和桃基因组中分别鉴定出11和16个Trihelix家族基因。染色体定位与基因复制事件分析表明,梨、草莓和桃Trihelix家族成员分别分布在12、6和8条染色体上,且梨Trihelix家族存在片段复制事件。种间系统进化树分析表明,梨、草莓和桃Trihelix家族成员分为6个亚族,梨家族成员(PbGT)属于GT-2、Subfamily O和SIP1亚族。结合进化关系及qRT-PCR验证,筛选出PbGT15可能参与调控梨果实石细胞团木质化。     

蜡梅AP2亚家族转录因子鉴定及CpAP2-L11功能研究

对蜡梅（Chimonanthus praecox）AP2(Apetala2,AP2)亚家族成员进行全基因组鉴定，并分析其在花发育过程中的表达模式；研究CpAP2-L11的表达特异性，过表达拟南芥（Arabidopsis thaliana）并观察其表型。共鉴定出20个蜡梅AP2亚家族转录因子，其中euAP2、basalANT和euANT组分别有5、6和9个成员，且euAP2组全部成员无miR172结合位点。共线性分析发现有12个成员形成了16对复制基因，并在进化过程中受纯化选择。多数AP2亚家族成员在4、5月花芽中高表达，在花芽进行需冷量积累的过程或后期低表达，仅CpAP2-L11在花芽需冷量积累到570 CU(Chill units,CU)的始花期高表达，同时CpAP2-L11在蜡梅幼果、外轮花被片和雄蕊中高表达，在茎、叶中低表达，并受高温和低温诱导表达量降低。拟南芥异源表达CpAP2-L11，抽薹时间显著提前，且FT、SOC1、LFY和AP1基因表达量显著升高。蜡梅CpAP2-L11可能参与低温诱导打破蜡梅休眠导致寒冬开花及春季花芽分化，且促进过表达拟南芥早开花。     

柑橘TCP家族生物信息学及表达谱分析

【目的】分析柑橘TCP蛋白家族成员的序列特征和系统进化关系,探究TCP家族成员在柑橘果实发育中的功能。【方法】通过生物信息学方法分析柑橘基因组中TCP家族成员的结构、染色体位置和系统进化关系。以‘兴锦101’(WT)及其晚熟芽变(MT)为试材,利用TA方法克隆柑橘TCP家族2个成员Cs TCP1和Cs TCP3,通过q RT-PCR测定TCP家族成员在‘兴锦101’及其晚熟芽变果实不同发育时期的相对表达量。【结果】克隆的2个基因Cs TCP1和Cs TCP3与原序列比对结果相似性达到100%;柑橘全基因组共编码20个TCP转录因子成员,分布在7条染色体上,都含有非典型的BHLH结构域,系统进化关系结果将Cs TCPs分为2个亚家族:Class I和Class II;多数基因结构简单,没有内含子;同时,定量结果表明Cs TCP基因在不同组织中的相对表达量存在差异,且被聚为2类;此外,在‘兴锦101’及其晚熟芽变果实不同发育时期中同样差异表达,多数基因相对表达量在花后215 d达到峰值,且在该时期2者间差异较显著。【结论】获得20个柑橘TCP家族成员基因,表达量分析显示TCP家族成员基因可能在柑橘的生长发育过程中起到重要的作用,为今后柑橘育种工作奠定了一定的理论基础。     

茶树TCP转录因子的鉴定与表达分析

基于茶树基因组数据,通过生物信息学方法,对茶树全基因组TCP家族成员进行染色体定位、基因结构、编码蛋白特性和系统进化关系分析,同时采用荧光定量PCR验证茶树TCPs在不同组织部位的相对表达水平。结果表明,茶树全基因组中共鉴定出36个具有典型TCP保守结构域的转录因子基因,其CDS全长和编码氨基酸的数量分别在453～1 824 bp和150～607 aa之间,命名为CsTCP1～CsTCP30。系统进化分析显示,茶树TCP转录因子家族可分为2个亚族:ClassⅠ和ClassⅡ,并可进一步分为8个亚组(A～H),其中ClassⅠ亚族中的TCP蛋白属于PCF或TCP-P类型,而ClassⅡ可分为CYC/TB1和CIN两种类型。基因结构和保守结构域分析结果显示,同一亚组内,TCP蛋白具有相似的氨基酸结构和保守区域,而不同亚组之间具有较大差异,暗示不同类型TCP转录因子可能具有独特的生理功能。除CsTCP21b外,其余35个CsTCP基因在茶树叶片不同生长时期均有表达,但其表达水平呈现不同趋势;荧光定量分析显示其家族成员具有组织表达特异性;外源GA_3和ABA处理可以显著激活或抑制该家族基因成员的表达。     

转录因子FaNAC56在草莓果实成熟中的功能分析

[目的]研究NAC转录因子FaNAC56在草莓果实成熟中的作用.[方法]根据前期果实成熟过程中的蛋白组数据,以八倍体红颜草莓为试材,克隆FaNAC56基因及其启动子.在蛋白水平,利用MEGA构建FaNAC56系统进化树,并通过生物信息学预测其编码蛋白的二级结构,以及利用烟草进行亚细胞定位;在转录调控水平,利用预测网站分析FaNAC56启动子区顺式作用元件以及下游靶基因,并通过RT-qPCR分析FaNAC56的时空表达模式.最后,利用果实圆片温育方法分析FaNAC56基因受外源激素诱导情况.[结果]FaNAC56基因全长1035 bp,编码344个氨基酸,具有NAC转录因子NAM保守结构域.系统发育分析表明FaNAC56与月季NAC56同源性最高.亚细胞定位显示FaNAC56定位于细胞核内.FaNAC56在果实中高度表达并随果实成熟表达量急剧增加.FFaNAC56启动子区含有ABA、赤霉素、生长素、乙烯等激素和胁迫相关响应元件,其表达水平受这些激素诱导.靶基因分析发现FaNAC56可能响应多种激素、花色苷和蔗糖调控元件.[结论]FaNAC56可能通过多种激素调控草莓果实的发育和成熟.     

萝卜AHP基因家族鉴定与表达模式分析

细胞分裂素在植物生长发育和抵御系列非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为了探讨萝卜(Raphanus sativus L.)细胞分裂素信号转导途径中组氨酸磷酸转运蛋白(AHP)的生物学功能与表达模式,对萝卜AHP基因家族成员的数量、进化关系、顺式元件、基因结构、发育及非生物胁迫下基因表达模式进行分析。结果表明,萝卜AHP基因家族有6个成员,其中RsAHP2和RsAHP5为片段重复基因,RsAHP3和RsAHP4为串联重复基因;系统进化分析发现萝卜、拟南芥和白菜的AHP家族具有同源性;其启动子序列中含有光响应、激素响应和防御应激等顺式作用元件;萝卜AHP均在根中表达量高而在叶中表达量低;不同非生物胁迫条件下,RsAHP1、RsAHP2和RsAHP5差异表达显著。研究结果可为解析萝卜AHP基因功能提供理论依据。     

桃生长素酰胺水解酶基因家族序列特征及其表达分析

生长素酰胺水解酶（IAA-Leucine Resistant1-like Hydrolase,ILL）可催化生长素结合态释放游离态生长素（IAA）。为了深入研究桃ILL基因家族的功能,对桃基因组中ILL基因家族成员的数量、在染色体骨架的分布、编码蛋白质的结构、基因表达模式和编码氨基酸的进化树分类等方面进行了研究。桃基因组中共鉴定出了9个ILL基因,它们分布在4个染色体骨架上（scaffold 1、2、3和7）。在桃中编码ILL蛋白家族的基因成员分别为：PpILR1、PpILR2、PpILR3、PpILR4、PpILL1、PpILL2、PpILL3、PpILL4和PpILL5,所有这些预测的蛋白都含有M20结构域和M20二聚化结构域。运用荧光定量实时PCR技术对该基因家族在桃果实生长发育各阶段的表达水平进行了分析,结果显示：ILL 基因家族中的数个成员在果实不同发育阶段表达水平有变化,其中PpILR1的表达量在果实生理成熟期明显上调。     

葡萄细胞分裂素响应调节因子VlRRA1的克隆、表达及启动子活性分析

在‘巨峰’葡萄中克隆获得细胞分裂素响应调节因子VlRRA1及其启动子,分析了VlRRA1的表达特征,并对其启动子进行活性分析。结果显示,VlRRA1的cDNA全长为666 bp,编码221个氨基酸;保守结构域预测结果显示该基因仅含有1个磷酸接受结构域（REC）,属于A型RR基因;系统进化关系表明VlRRA1与其他物种中的A型RR亲缘关系较近。酵母自激活试验说明VlRRA1不具有转录激活活性,符合A型RR基因的典型特征。qRT-PCR结果表明VlRRA1具有组织表达特异性,主要在茎、叶以及幼果中表达;外源细胞分裂素氯吡苯脲（CPPU）可以促进VlRRA1的表达,而细胞分裂素生物合成抑制剂洛伐他汀（lovastatin,LOV）则抑制VlRRA1的转录。VlRRA1启动子上有多种与非生物胁迫和激素响应相关的元件。GUS组织染色的结果表明,VlRRA1启动子具有活性,可以响应多种激素信号,包括与坐果相关的细胞分裂素、生长素和赤霉素。以上结果表明VlRRA1在细胞分裂素介导的葡萄坐果与幼果发育中具有重要作用。     

越橘FWL/PLAC8家族基因特征及表达分析

以高丛越橘(Vaccinium corymbosum)大果型品种‘奥尼尔’和小果型品种‘蓝雨’为试材,测定花芽膨大与果实发育期间生长曲线及成熟果实的部分生理指标;开展包含PLAC8保守结构域的FWL(fruit weight like)基因全基因组鉴定与序列分析,并应用实时荧光定量PCR法检测VcFWL/PLAC8基因亚家族成员在花芽膨大与果实发育进程中的相对表达水平。结果表明:‘奥尼尔’果实单果质量与横径自S2期起均显著高于‘蓝雨’,其成熟果实中心室数、单果种子数及种子质量也显著高于‘蓝雨’果实。越橘VcFWL/PLAC8家族包含11个成员,分布于10条染色体上,结构分析显示这些基因均包含2～3个外显子。大部分VcFWL/PLAC8基因包含高度保守的结构域,聚类分析可将其分为3个亚家族,其中B和C亚家族成员间高度保守。qPCR分析表明A与C亚家族基因的表达模式和越橘花芽与果实发育进程中细胞增殖趋势一致,B亚家族基因的表达丰度较低,推测VcFWL/PLAC8基因可能通过不同的机制和途径参与调控果实的生长发育。     

利用VIGS技术研究草莓FaMYB5的功能

以‘丰香’草莓(Fragaria×ananassa‘Toyonaka’)为材料,采用病毒诱导的基因沉默技术(Virus-induced Gene Silencing,VIGS)对果实中类黄酮化合物代谢相关转录因子基因FaMYB5进行沉默,并对沉默后果实类黄酮化合物代谢途径相关的结构基因和其他转录因子基因表达量进行半定量RT-PCR及RT-qPCR分析。并分别采用HPLC和香草醛—硫酸比色法对沉默后果实中花青素苷和原花青素含量进行测定。成功构建了pTRV2-FaMYB5的VIGS沉默载体,并建立了草莓果实VIGS沉默体系,FaMYB5基因沉默效率达60%;FaMYB5基因沉默处理与阴性对照相比,草莓类黄酮化合物代谢途径相关结构基因和转录因子表达量均发生改变,其中FaMYB9、FaLAR、FaDFR、FaANR表达量显著增加,从而导致果实中原花青素含量增加;而花青素合成相关基因FaANS的表达量减少1/2,FaMYB10表达量变化并不显著。此外,bHLH家族的转录因子基因FabHLH3和FabHLH3Δ随着FaMYB5的沉默表达量显著下降,而FaGL3显著升高。结果进一步证明FaMYB5转录因子对草莓类黄酮化合物代谢途径中的原花青素合成途径起负调控作用。     

森林草莓6mA甲基转移酶基因鉴定及功能分析

通过生物信息学手段，鉴定出森林草莓（Fragaria vesca）基因组中两类可能的6mA甲基转移酶基因5个（3个MT-A70、2个DAMT基因）。对细菌、真菌、动物和植物中的6mA甲基转移酶基因的系统进化分析及染色体定位表明，森林草莓MT-A70基因可分为3个亚家族，且在动、植物分化前就已经存在：两个DAMT基因由物种特异的串联重复产生，且结构变化快，推测其在进化历程中功能发生了分化。转录组数据及实时定量荧光PCR分析显示，各个基因均具有时空表达特异性和非生物胁迫响应。其中1个DAMT基因表达量在果实中较高且随果实成熟上调，推测可能参与调控果实成熟。此外，这5个基因在冷胁迫下表达水平有不同程度下调：而在热胁迫下各基因表达量变化显著不同。由此推测6mA甲基转移酶基因可能参与了森林草莓的生长发育和对冷、热胁迫的响应。     

苹果miR396家族鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

分析了苹果miR396家族进化特性及其在苹果不定根发育过程中的表达模式。结果表明:苹果miR396家族有4条成熟体和7条前体序列(pre-miRNA)。Mfold预测显示Pre-miR396家族7个成员序列均可形成典型稳定的茎环二级结构,最小折叠自由能介于–62.9 kal·mol~(-1)(pre-miR396b)～–51.9kal·mol~(-1)(pre-miR396g)之间。系统发育进化树分析显示,pre-miR396家族亲缘关系可分为3个亚组(G1、G2、G3),每个亚组内基因数量不同,分别含有11、9、19个。靶基因预测显示,苹果miR396靶基因包括MdGRF1、MdGRF2和MdGRF5等,降解组测序进一步验证了mi R396对其候选靶基因MdGRF1、MdGRF2和MdGRF5的剪切关系。苹果miR396家族成员在侧根和果实中的表达量显著高于其他组织,其候选靶基因表达量则在花芽和腋芽中显著高于其他组织;不定根发育过程中,miR396家族不同成员表达模式存在显著差异,整体上呈上调表达趋势,其候选靶基因呈下调表达趋势;外源IBA处理显著诱导miR396家族成员的表达,尤其是在不定根诱导期和根系生长期更为显著。     

铁十字秋海棠GASA家族全基因组鉴定及叶斑形成的初步探索

为了解铁十字秋海棠（Begonia masoniana）中Gibberellic Acid-stimulated Arabidopsis(GASA)基因家族的功能，采用生物信息的方法鉴定铁十字秋海棠GASA家族成员，并分析其在不同组织器官以及赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、生长素（auxin）等处理后的基因表达模式。结果显示，铁十字秋海棠含10个GASA家族成员，可分为4个亚家族，其蛋白结构特征是含2～3个保守motif,1个GASA保守结构域；其基因结构特征是含0～10个内含子，不同成员之间内含子数差异明显。该家族基因启动子含有大量光响应元件和激素响应元件。基因家族成员在各组织器官中广泛表达，但差异较大；对外源GA、ABA、SA、MeJA以及auxin等响应差异明显，可能参与了不同组织器官生长发育以及各种生物或非生物胁迫响应过程，其中BmaGASA7可能在叶斑形成过程中发挥重要作用。