大白菜LOG基因家族的鉴定与生物信息学分析

LOG基因编码5′-核糖单磷酸水解酶,将细胞分裂素的前体物质直接转化成具有生理活性的细胞分裂素,在细胞分裂素合成途径中具有重要作用。为深入研究大白菜LOG基因家族的功能,利用生物信息学方法对大白菜基因组中LOG基因家族成员进行了鉴定,并对其基因组信息、蛋白质生理生化特征、基因结构、保守结构域、系统进化等方面进行了研究。结果表明:在大白菜基因组中共鉴定出17个LOG基因,可以聚类到7个分支A~G中;LOG基因在大白菜10条染色体上呈现不均匀分布,在第2和4号染色体上分布相对较多;对大白菜LOG蛋白氨基酸序列进行了多重比对,比对结果表明LOG蛋白的氨基酸中均具有一致序列为MHxRKAxMx(5)FxALPGGYGTxxEE的LOG蛋白特异的LDC motif;通过MEME软件对大白菜LOG蛋白motif的预测发现了8个比较保守的motif。研究结果为大白菜LOG基因功能的研究奠定了基础。     

杜梨NHX基因家族的鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】NHX基因亚家族为钠氢逆转运体,具有Na+/H+exchange(PF00999)蛋白结构域,广泛存在于多种物种中,主要参与植物响应盐胁迫过程离子平衡的重建。分析鉴定杜梨中NHX基因及其耐盐机制有助于实际生产中更为有效地利用这一砧木资源。【方法】结合已公布的梨基因组数据以及拟南芥相关数据,通过生物信息学手段,鉴定杜梨NHX基因家族成员;通过MEGA7.0软件进行序列比对以及进化分析;通过在线工具Pfam、SMART以及GSDS进行基因结构分析;通过定量PCR技术分析非生物胁迫下基因在不同组织中的表达特征;应用火焰石墨炉原子吸收光谱仪测定NaCl胁迫下杜梨不同组织中Na+与K+含量。【结果】成功鉴定出16个候选基因,其中有4个基因属于NHX亚家族,4个基因属于CHX亚家族,8个基因属于KEA亚家族。预测的候选基因均含有Na+/H+exchange功能域;NaCl胁迫下,预测的16个基因在叶片中的表达差异大,但在8 h以后均为负调控;在茎中,PEG6000处理下,PbNHX1的表达量显著增高,且高于同一时期NaCl胁迫下的表达水平,仅在48 h时低于同一时期NaCl胁迫下的表达水平;在根中,基因PbNHX12、PbNHX13、PbNHX14和PbNHX15在NaCl胁迫和PEG6000处理下在任何时间段均为负调控。【结论】在盐胁迫过程中,与拟南芥NHX基因进化关系最近的PbNHX1和PbNHX11呈现出负调控模式,与拟南芥KEA基因进化关系相近的PbNHX10和PbNHX7可能参与K+的运输。     

猕猴桃MYB家族成员鉴定及其低温表达分析

通过对‘红阳’猕猴桃基因组鉴定得到277个MYB家族成员并将其分为12个亚家族（S1～S12）,其中多数序列属于R2R3-MYB,其次是MYB相关蛋白,仅鉴定到1个4R-MYB。S11和S12亚家族在进化上处于较早的位置,结构较为多样化,而S1和S2在进化上出现较晚。顺式作用元件分析显示,该家族主要含水杨酸、赤霉素和茉莉酸甲酯等相关植物激素元件,还有部分参与昼夜节律、低温、细胞周期等相关元件。密码子偏好性分析显示,猕猴桃MYB家族有3个高频密码子（UUG、AGA和AGG）,基因的密码子偏好使用A/T,第3位碱基偏好更强。通过顺式作用元件分析和4个猕猴桃品种越冬期转录组数据分析筛选了9个可能参与低温胁迫响应MYB基因,对其在低温胁迫下的软枣猕猴桃‘龙成2号’中进行检测验证,确认这些基因参与猕猴桃对低温的响应。     

芥菜HMA家族基因鉴定及其在镉胁迫下的表达分析

芥菜（Brassica juncea）对多种重金属具有富集能力。重金属ATP酶（heavy metal transporting ATPase,HMA）在植物转运重金属过程中具有重要的作用。基于基因组和转录组数据,对芥菜HMA家族基因成员进行了全基因组鉴定。芥菜基因组中包含27个HMA基因,其编码的蛋白质中有6个不稳定指数大于40,有22个为疏水性蛋白;这些基因聚类为P-1B-1、P-1B-2和P-1B-4等3个亚家族;27个HMA蛋白均为膜蛋白,都具有E1-E2ATPase和hydrolase结构域;芥菜HMA蛋白都含有8～15个保守基序,不同亚族因具有独特的保守基序结构从而转运重金属的种类不同;在芥菜HMA基因启动子区域中与生长发育有关的顺式作用元件TGA和与逆境响应相关的顺式作用元件ABRE、MBS、LTR、TC广泛分布;在镉胁迫下,BjuA033764、BjuB019118、BjuB035256、BjuB045293等基因在叶片中表达量明显上调,BjuA003596、BjuB040613、BjuA025022等基因在根系中表达量明显上调,说明其参与了芥菜对镉胁迫的响应。     

苹果ELO家族基因鉴定及其在低温胁迫下的表达分析

为研究苹果ELO家族基因在蜡质合成及抗寒中的作用,利用生物信息的方法对苹果全基因组中的ELO家族成员进行鉴定与分析。结果表明,MdELO基因家族共包含7个成员,不均匀地分布在苹果的3条染色体（Chr2、Chr8和Chr15）上。MdELO蛋白包含211～305个不等的氨基酸残基,等电点在9.43～11.62之间。亚细胞定位结果表明,MdELO蛋白在细胞核、细胞膜和叶绿体中有分布。顺式作用元件分析表明,7个MdELO启动子上游2 000 bp序列分布有激素、环境适应性和逆境诱导等响应元件。进一步测定越冬期不同品种苹果枝条中的蜡质含量,结果显示,从初休眠期至萌芽期,蜡质含量呈逐渐下降趋势,且抗寒性强的‘俄矮元帅’蜡质含量显著高于‘宫崎短富’;从蜡质形态及枝条表皮形态来看,‘俄矮元帅’蜡质呈针芒状且分布紧密,其枝条表皮结构紧密,表面光滑,而‘宫崎短富’蜡质呈散块状,枝条表皮结构松散,表面粗糙;两种苹果枝条的脯氨酸含量、相对电导率和淀粉磷酸化酶活性随越冬期的延长呈先升后降的趋势,淀粉酶活性呈逐渐上升的趋势,其中‘俄矮元帅’各指标均高于‘宫崎短富’。综上表明‘俄矮元帅’抗寒性显著高于‘宫崎短富’...     

菊花脑GRAS家族鉴定及其低温胁迫响应表达分析

利用生物信息的方法鉴定了菊花脑（Chrysanthemum nankingense）GRAS基因家族成员,并利用已发表的RNA-Seq数据分析了CnGRAS在低温胁迫应答中的表达情况。结果表明：CnGRAS家族包含80个成员,可分为10个亚家族,同一个亚家族中各成员的基因结构和蛋白功能域高度保守。复制进化分析发现,CnGRAS家族的复制模式仅存在串联重复。GRAS在菊花脑中的表达具有组织特异性,多数在根和叶中表达水平较高。GO富集分析表明CnGRAS主要定位于细胞核,具有多种分子功能,参与多个生物学过程。RNA-Seq数据分析表明,14个CnGRAS至少在1种低温胁迫（短期低温或长期低温）条件下呈现差异表达,其中CnGRAS32、CnGRAS33、CnGRAS40、CnGRAS44、CnGRAS56、CnGRAS74和CnGRAS79呈现出显著上调表达,说明这些基因可能在菊花脑响应低温胁迫中起着重要作用。     

芸薹属大白菜Aux/IAA基因家族的生物信息学分析

Aux/IAA基因家族在生长素诱导的早期做出响应,是生长素早期应答的3类基因家族之一。现主要从基因组水平研究白菜Aux/IAA基因的分布及特征。结果表明:从BRAD共检测到59条白菜Aux/IAA基因,不均等分布在白菜的全部10条染色体上。通过多重比对和基序探测结果显示,40条白菜Aux/IAA基因具有4个保守基序,其它基因的保守基序则有不同程度的分化。系统进化分析表明,Aux/IAA基因家族可分为7个亚家族。通过表达模式预测发现,白菜Aux/IAA基因家族表达模式也有较大差异。     

苹果TIFY家族基因鉴定及其在虫害胁迫下的表达分析

利用生物信息学方法在苹果全基因组中鉴定了TIFY转录因子家族基因,对基因结构、蛋白保守基序和进化关系进行了分析,同时基于新疆野苹果(Malussieversii)转录组数据分析,明确了苹果TIFY家族基因在虫害胁迫条件下的差异表达情况。共鉴定到了16个苹果TIFY基因,其蛋白质大小介于209～449aa之间。16个TIFY基因分布于苹果8条染色体中,所有的MdTIFY蛋白都具有保守的TIFY结构域。其中8个苹果Md TIFY与新疆野苹果转录组测序拼接转录本对应,这些基因均含有保守的TIFY功能域,多物种进化分析表明该类蛋白可聚类成7个组。7个TIFY基因的表达量在不同处理间表现出显著差异,虫害侵染后,抗虫株系中MsTIFY10B-a表达量升高34倍,MsTIFY9-c上升5.2倍。同时抗虫株系在自然条件下茉莉酸—异亮氨酸含量显著高于敏感株系。新疆野苹果中重要抗虫响应基因MsTIFY10B-a和MsTIFY9-c位于预测关联网络节点中心位置,使它们在调节植物对生物胁迫的响应中发挥重要作用。     

草莓CIPK基因家族的鉴定与表达分析

从拟南芥数据库中获得CIPK基因家族注册号,运用生物信息学分析的方法,在蔷薇科森林草莓(Fragaria vesca)数据库中得到CIPK基因家族成员19个,可分为6个亚族。该基因家族分布在草莓7条染色体中的6条上。其编码蛋白的氨基酸数157～1 196,理论等电点3.91～9.34,分子量18 667.68～133 714.31 D。基因结构分析表明,有11条基因只有1个外显子,其余基因外显子数2～15。亚细胞定位结果表明,该基因家族成员主要在细胞质、细胞核和叶绿体上表达。蛋白质二级结构预测表明,该基因家族成员主要以α–螺旋、β–转角和不规则卷曲为主。对上游2 kb区域启动子顺式作用元件分析表明,该基因家族成员对逆境胁迫应答MYB响应明显,除FvCIPK02、FvCIPK15、FvCIPK17外,其他基因均对脱落酸应答元件ABRE响应明显。qRT-PCR数据分析表明,FvCIPK16、FvCIPK10和FvCIPK09分别在PEG、ABA和NaCl处理下,草莓试管苗中的相对表达量最高,分别是对照的18.4倍、29倍、13倍,说明FvCIPK16强响应干旱胁迫,FvCIPK10强响应A...     

椰子SPL基因家族的生物信息学及其表达分析

Squamosa promoter binding protein like(SPL)基因是植物特有的转录因子,在植物生长发育过程中发挥重要的调节作用.本研究根据已释放的椰子转录组序列信息和水稻SPL基因家族的蛋白序列信息,从椰子转录组中鉴定出24个CnSPL基因,分别命名为CnSPL1～CnSPL24.Pfam分析表...     

欧李NAC基因家族的鉴定及表达分析

【目的】对ChNAC基因进行鉴定并分析其表达模式,明晰ChNAC基因结构,预测其潜在功能,筛选抗逆相关基因,为欧李抗逆性状形成的分子机制研究提供理论依据。【方法】在全基因组数据的基础上对ChNAC基因进行生物信息学分析,并对不同非生物胁迫处理下ChNAC基因的转录组数据进行分析。【结果】欧李NAC基因家族有76个家族成员,33个ChNAC基因编码碱性氨基酸,17个ChNAC基因编码酸性氨基酸,26个ChNAC基因编码中性氨基酸。ChNAC蛋白均为亲水性蛋白,80%ChNAC蛋白为不稳定蛋白,79%ChNAC蛋白定位于细胞核中。ChNAC基因可分为17个亚族,主要为OsNAC7、ANAC001、ONAC003等亚族。ChNAC基因多存在于Chr5染色体上,有8对ChNAC基因由染色体大片段复制而来,其中ChNAC01、ChNAC20、ChNAC64这3条基因是互为共线性。启动子分析结果表明ChNAC基因可能参与欧李的生长发育、激素调控及胁迫响应等方面。【结论】ChNAC基因的表达具有组织特异性。ChNAC基因家族成员响应不同的胁迫处理,尤其是ChNAC49基因在盐胁迫、干旱胁迫、低温胁迫...     

葡萄NHX基因家族的鉴定和表达分析

【目的】探究葡萄NHX基因家族生物信息学特性及在非生物胁迫下的表达情况,以期筛选出与非生物胁迫相关的家族成员,从而为葡萄抗逆性研究提供理论依据。【方法】以拟南芥、水稻及胡扬NHX基因序列为基础,对葡萄NHX基因进行同源克隆、染色体定位、氨基酸组成成分、理化性质、motif、蛋白质二级结构以及基因芯片表达等分析,同时利用qRT-PCR技术分析葡萄NHX基因家族表达情况。【结果】葡萄NHXs可分为2个亚族,主要分布在第1、5、7、14、15、19号染色体上,其外显子数为12～23个;VvNHX06的氨基酸数最少,有291个,VvNHX07的氨基酸数最多,有1141个。Motif分析发现,N端含有典型的锌指结构,蛋白质二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。亚细胞定位预测发现,葡萄NHX基因主要分布在细胞膜、内质网、线粒体、液泡和细胞质中。基因芯片表达显示,使用NaCl、ABA和PEG处理后,葡萄叶片中VvNHX02和VvNHX06基因表达量均呈上升趋势。qRT-PCR分析结果表明,在200 mmol·L~(-1)NaCl、100 mmol·L~(-1)ABA处理后的葡萄叶片中,VvNHX06表达量显著增加,分别是对照的30倍和60倍。用10%PEG处理实验材料6 h后,VvNHX05的表达量明显增加,是对照的5倍。【结论】VvNHX05和VvNHX06基因与植物耐盐和抗旱性有密切关系,可为葡萄的逆境胁迫机制研究提供参考。     

猕猴桃OSCA基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】揭示OSCA家族基因在猕猴桃响应非生物胁迫中的表达特征,为猕猴桃OSCA基因功能分析与猕猴桃抗逆性遗传改良提供参考。【方法】利用生物信息学方法对全基因组范围内猕猴桃OSCA基因家族成员进行鉴定和综合分析,通过q RT-PCR法分析它们在不同非生物胁迫下的表达特征。【结果】在中华猕猴桃基因组中共鉴定出16个OSCA基因,它们不均等地分布于13条染色体上,其启动子区域存在大量响应逆境胁迫的顺式作用元件。OSCA3在干旱、盐、高温和低温胁迫下表达量均较显著上调,OSCA8在干旱、盐和低温胁迫下表达量显著上调,OSCA1和OSCA14在低温胁迫处理下表达量显著上调,OSCA7和OSCA15均显著响应干旱胁迫。【结论】鉴定出6个受非生物胁迫显著诱导表达的猕猴桃OSCA基因,为进一步研究OSCA基因在响应猕猴桃非生物胁迫中的分子功能提供了重要依据。     

向日葵LACS家族鉴定及响应非生物胁迫表达分析

利用生物信息学技术从向日葵（Helianthusannuus）基因组中鉴定了13个长链酰基辅酶A合成酶（long-chain acyl-CoA synthases,LACSs）家族基因,其分布在向日葵8条染色体上。系统发育树显示,HaLACS家族成员分为6个亚族,且同一亚族成员具有相似的基因结构和蛋白保守基序。基因复制分析发现HaLACS家族扩增的主要因素是片段复制。HaLACS的启动子区域富含逆境响应和植物激素调控相关元件。表达谱分析显示HaLACS在向日葵不同组织中的表达存在差异。比较2个向日葵品种（高/低亚油酸含量）中HaLACS在种子发育不同阶段的表达,HaLACS呈现差异表达。qRT-PCR结果表明,200mmol·L-1 NaCl处理24 h后,7个HaLACS在茎中的表达量与同期对照相比显著上调;100μmol·L-1 ABA处理3 h后,8个HaLACS在根中的表达量显著上调;15%PEG 6000模拟干旱胁迫后,多数HaLACS在不同组织中呈现诱导表达。综上,向日葵LACS基因家族不仅参与了向日葵脂质的合成,而且在应对非生物胁迫时发挥重要作用。     

丹参DHAR家族基因的鉴定及表达模式分析

运用生物信息学方法,从丹参（Salvia miltiorrhiza）基因组数据库中鉴定得到5个脱氢抗坏血酸还原酶（Dehydroascorbate reductase,DHAR）家族成员SmDHAR1 ~ SmDHAR5,分析了基因结构特征、编码蛋白的理化性质、亚细胞定位、高级结构、系统进化关系以及启动子顺式作用元件,并考察了其在不同组织及胁迫下的表达模式。结果表明,SmDHAR基因家族成员长度在724 ~ 3 296 bp之间,含有1 ~ 5个外显子不等,编码218 ~ 470个氨基酸;其编码蛋白多为亲水性蛋白,且多不含跨膜结构域。SmDHAR家族成员分布在叶绿体和胞质外。系统进化分析结果显示丹参SmDHAR基因分为2个亚类。上游启动子区域分析发现SmDHAR基因家族成员均含有与植物发育、激素及胁迫响应相关的顺式作用元件。表达模式分析结果显示,SmDHAR5在丹参根中显著高表达,而在其余组织中表达量较低;SmDHAR1、SmDHAR3与SmDHAR4在根、茎、叶中表达量较高,在花组织中表达最低;SmDHAR2表现为组成型高表达。SmDHAR在茉莉酸甲酯、酵母提取物、脱落酸、赤霉素、水杨酸等处理时也表现出不同的响应模式。本研究的结果为深入探索丹参DHAR基因家族在抵抗逆境过程中的功能提供了参考。     

苹果锚蛋白基因ANK家族生物信息学鉴定分析

 利用生物信息学方法对苹果ANK基因家族成员及分类鉴定,同时对其染色体定位、系统进化关系及芯片表达特性进行了分析。苹果MdANK家族包含351个基因,根据蛋白结构域差异分为16个类别,ANK-M类型最为庞大,有143个ANK蛋白;苹果的17条染色体均有ANK家族基因分布,其中第2条染色体上分布最多,有36个ANK基因。MdANK编码的蛋白在72 ~ 2 429个氨基酸范围内,等电点在4.30 ~ 11.13之间。芯片分析发现,在苹果果实成熟时期及砧木接穗互作过程中,多数MdANK基因的表达都有不同程度变化。     

葡萄LIM家族基因特征及表达模式分析

为了明确LIM家族基因在葡萄非生物胁迫下的表达特性,在生物信息分析的基础上,以‘黑比诺’葡萄(Vitis vinifera‘Pinot Noir’)试管苗为试验材料,利用q RT-PCR技术检测了不同逆境处理对葡萄LIM家族基因成员表达的影响。结果显示,葡萄LIM基因家族有14个成员,可分为4个亚族,各亚族编码蛋白氨基酸数量差异较大,但亚族内差异较小;分析葡萄基因和拟南芥基因间的选择压发现,二者存在钝化选择关系;多序列比对发现,该家族基因成员含有1或2个锌指结构的保守结构域;保守基序分析结果表明,所有基因均包含motif2;基因结构显示Vv LIM含有4～15个外显子;14个基因中有11个编码蛋白存在互作关系。该家族基因存在大量的光诱导元件和水杨酸等逆境胁迫相关元件。基因芯片表达数据表明,高表达的基因主要存在生长旺盛的组织中。q RT-PCR分析发现,Vv LIM1在100 mmol·L^-1NaCl、10%PEG和50 mg·L^-1 SA胁迫下表达量与对照相比显著上调,且随处理时间的延长表达量显著增加。     

枇杷果实DHN基因克隆及其在低温胁迫下的表达分析

 以白沙枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）‘宁海白’幼果为试材,通过RT-PCR与RACE扩增,获得两个具有脱水素基因典型结构域特征的cDNA序列。其中DHN1（GenBank登录号：FJ472835）全长639 bp,编码188个氨基酸,属于Y2SK3类型;DHN2（GenBank登录号：FJ472836）全长858 bp,编码273个氨基酸,属于SK3类型。用低温胁迫处理枇杷幼果,–3 ℃处理24 h后电导率明显升高,表明细胞膜开始受到破坏,–6 ℃处理24 h后电导率显著高于–3 ℃处理。半定量RT-PCR和Western-blotting分析结果表明这两个DHN基因在低温胁迫下的枇杷幼果中都上调表达,表明其与枇杷抗低温胁迫有一定关系。     

西瓜bHLH转录因子家族基因的鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

利用生物信息学方法,在西瓜测序基因组97103中共鉴定出96个bHLH家族成员,其中有94个可以被定位到西瓜的11条染色体上。通过基因结构和结构域序列保守性的预测,发现这些基因的序列长度和内含子数量变化很大,但bHLH结构域序列比较保守。用拟南芥中39条已知的bHLH蛋白序列和西瓜的96条bHLH蛋白序列构建系统发育树,结果显示西瓜的bHLH家族可以进一步被分为11个亚族。运用荧光定量实时PCR技术,分析了该家族中21个基因在西瓜响应非生物胁迫时的表达水平,结果表明,8个基因受低温胁迫诱导表达,13个基因受ABA胁迫诱导表达,14个基因受盐胁迫诱导表达。ClabHLH41在3种胁迫下表达量均显著增加,说明其在低温、ABA和盐胁迫应答中可能发挥着重要作用。