棉花PAL基因家族的全基因组鉴定及其在逆境胁迫下的表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia lyase,PAL）是苯丙烷代谢的关键酶和限速酶,在植物的生长发育、抗病虫害和抗逆等方面发挥着重要作用。研究在全基因组水平上对棉花PAL基因家族进行了鉴定和分析,以了解棉花中PAL的功能,为后续深入研究棉花PAL功能提供一定参考。结果表明,在陆地棉（Gossypium hirsutum）、海岛棉（Gossypium barbadense）、草棉（Gossypium herbaceum）和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）中分别鉴定出15、13、7、8个PAL基因。进化分析结果显示,棉花PAL基因家族可分为3个亚组。保守基序和基因结构分析显示,亲缘关系近的PAL基因之间的保守基序组成和基因结构也十分相似。启动子分析显示,GhPAL基因的启动子上存在多个与非生物和生物胁迫应答以及激素信号转导相关的顺式作用元件。组织表达模式分析表明,GhPAL基因主要在根、茎、花丝和胚珠中高表达。转录组和qPCR分析显示,部分GhPAL基因的表达量在PEG、盐、高温、低温和碱胁迫下显著提高,其中一些GhPAL基因能够对多种非生物胁...     

陆地棉COI家族基因鉴定及在干旱和盐胁迫下的表达分析

COI1(COR-insensitive 1)与Skp1-Cullin-F-box蛋白组成茉莉素信号转导的核心组分SCFCOI1复合物,在植物生长发育和响应逆境胁迫中发挥重要作用.从全基因组水平上鉴定出48个陆地棉COI家族基因,其不均匀地分布在21条染色体上,主要定位于细胞核和细胞质中.根据系统发育关系将其分为3个亚...     

植物MAPK基因及其在逆境胁迫下的作用

植物促分裂原活化蛋白激酶级联途径中的MAPK基因在植物抵御逆境的过程中具有至关重要的作用。为使MAPK基因在植物抗逆基因工程中得到有效利用,通过对植物MAPK的结构与类别归纳分析,概述了植物MAPK基因对逆境胁迫的响应及其在多种生物胁迫和非生物胁迫应答中的作用。     

水稻WOX家族基因鉴定及其种子在逆境萌发中的表达分析

【目的】开展水稻WOX基因家族成员的鉴定及在种子逆境萌发中的表达分析,可为探究WOX家族基因的功能、作用机制及水稻遗传改良提供理论参考。【方法】对水稻WOX基因家族成员进行鉴定,利用生物信息学软件对其系统进化关系、理化性质、基因结构、保守结构域、保守基序、顺式作用元件和染色体定位等进行分析,并利用实时荧光定量PCR（q...     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

菠菜NHX家族基因鉴定及其响应盐胁迫的表达分析

Na+/H+逆向转运蛋白(NHX)在植物响应盐胁迫和生长发育过程中发挥着重要的调控作用.本研究对菠菜NHX家族基因进行全基因组鉴定和生物信息学分析,并利用qRT-PCR技术检测NHX基因在盐胁迫下的表达.结果显示,从菠菜基因组中共鉴定出6个SpoNHXs基因,系统进化树分析发现其分属3个亚家族——Vac、Endo和PM...     

甜瓜CmCIPK家族全基因组鉴定和逆境条件下的表达分析

为探究甜瓜CIPK(CBL-interacting protein kinase)基因家族成员的生物学功能,以拟南芥中26个CIPKs的氨基酸序列为参照,用BLASTP方法鉴定了18个甜瓜CIPK家族成员,并对其理化性质、染色体分布、系统进化、基因结构、蛋白保守基序、顺式元件,以及基因的表达模式进行了分析。结果显示,CIPK基因家族成员的基因长度为1 499~8 499 bp,它们不均匀地分布在甜瓜的9条染色体上;根据进化关系可将其分为5个亚家族,分别包含了26、10、25、26和8个成员,并且其中有4个CmCIPK基因对发生了片段复制。基因结构分析表明,10个基因为内含子缺失型,8个基因为内含子富集型。蛋白保守基序分析发现,CmCIPK家族保守性较好,所有成员均含有CIPK家族的典型特征:N端激酶域中的激活环和C端调节域中的NAF/FISL结构域。在基因上游的2 000 bp序列中存在多个与植物激素和逆境相关的顺式元件,显示可能有多种转录调控。转录组分析发现,CmCIPKs的组织表达量整体表现为叶>根>雄花>雌花>果。选择CmCIPK1-like和CmCIPK12-like基因验证其组织表达模式,显示分别在叶和雄花中的表达量最高。对其进行不同逆境处理,结果表明,这2个CmCIPK基因受NaCl和脱落酸(ABA)诱导表达;在干旱处理中,这2个基因经历短时间的上调或下调后恢复至最初表达水平。以上结果说明,CmCIPK1-like和CmCIPK12-like基因可能在ABA和非生物胁迫中发挥着重要作用,可为以后CmCIPK的功能研究提供参考。     

番茄OSCA基因家族鉴定及不同胁迫条件下表达分析

为阐明高渗性钙离子通道OSCA基因在不同胁迫条件下作用,基于番茄全基因组信息,从栽培番茄中鉴定出12个SlOSCA基因,均含DUF221结构域,分别位于1、2、4、6、7、8、9、12号染色体上,亚细胞定位分析表明均位于质膜和高尔基体上。系统进化分析显示SlOSCA基因家族可分为5个进化群。根据番茄表达量数据库组织特异性分析发现,SlOSCA基因家族在不同组织部位表达量不同,其中根部和叶片表达量相对较高。Real-time PCR结果表明,多数SlOSCA基因响应干旱、盐、低温、ABA和灰霉病胁迫。SlOSCA基因响应ABA胁迫普遍强烈,受低温胁迫影响较小。其中SlOSCA9受干旱、盐和ABA胁迫强烈诱导,SlOSCA10受灰霉病胁迫强烈诱导。     

玉米SRO基因家族的鉴定及表达分析

【目的】SRO(similar to rcd one)是植物所特有的一类小蛋白家族,其在植物的生长发育,及应对非生物胁迫中发挥着重要功能。基于玉米全基因组数据库,鉴定玉米SRO家族基因,分析其序列、基因定位、蛋白结构及其系统进化关系,同时解析Zm SROs在玉米组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下的表达变化,为阐明SRO基因在玉米生长和逆境响应中的功能研究奠定基础。【方法】利用拟南芥SRO家族基因为探针,在玉米全基因组查找并下载玉米SRO基因序列,并从Maize GDB中获取玉米SRO基因相关信息,包括CDS、氨基酸序列及染色体位置等。通过生物信息学工具(GSDS2.0、Expasy-protparam、SOPMA、Plant-m PLoc、EMBL-EBI、MEME)对获得序列的基因结构、蛋白质分子量、等电点、二级结构、亚细胞定位、保守结构域、保守基序原件等进行预测和分析。同时利用Clustalx(1.83)和MEGA 6.0软件进行同源序列比对并构建系统进化树。运用实时荧光定量PCR技术分析玉米SRO组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下SRO的表达变化情况。【结果】从玉米全基因组共鉴定6个SRO家族基因,分别命名为Zm SRO1a—Zm SRO1f。Zm SROs分布于第1、4、5和9染色体,包含2—5个内含子。序列分析发现CDS序列长度在1 215—1 791 bp;编码氨基酸数目为404—596 aa;分子量为45.23—66.78 k D;等电点为7.01—9.17。亚细胞定位分析发现Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d定位于叶绿体,Zm SRO1e则定位于过氧化氢酶体,Zm SRO1f定位于细胞核。系统进化树分析发现Zm SROs分为3个亚类,Ⅰa亚类包括Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c,Ⅰb亚类包括Zm SRO1f,Ⅰc亚类包括Zm SRO1d/Zm SRO1e。保守结构域分析结果显示Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e包含PARP和RST结构域,缺少WWE结构域,Zm SRO1f包含WWE和PARP催化中心,RST结构域缺失。Zm SROs蛋白共找到5个保守基序,命名为基序1—5。Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c包含所有保守基序,Zm SRO1d/Zm SRO1e缺少保守基序3,Zm SRO1f缺少保守基序5。组织表达分析发现Zm SROs在根系特异性表达。高盐胁迫下,玉米根系中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e在1 h时显著上调表达,地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达,而Zm SRO1f在处理6 h显著上调表达。干旱胁迫下,玉米根系Zm SRO1e在1 h显著上调表达,Zm SRO1f在24 h显著上调表达;地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达。【结论】玉米SRO家族基因包含6个成员,被划分为3个亚类,6个Zm SROs在玉米根系中特异性表达,且可以不同程度地响应干旱和高盐胁迫。     

蒺藜苜蓿膜联蛋白家族基因在非生物胁迫下的表达分析

膜联蛋白(Annexin)是一种磷脂结合蛋白,目前有关蒺藜苜蓿膜联蛋白家族的研究较少。对蒺藜苜蓿膜联蛋白家族基因进行了生物信息学分析,确定了膜联蛋白家族基因的数量、结构域和进化关系。对蒺藜苜蓿的幼苗分别进行干旱、盐和冷处理,并利用高通量测序对20个蒺藜苜蓿膜联蛋白基因进行表达分析,结果表明:在干旱胁迫下,3个基因表达下调;在盐胁迫下,5个基因表达下调,4个基因表达上调;在冷胁迫下,3个基因表达下调。其中,MtANX3在各胁迫下均发生了下调。综上所述,非生物胁迫影响了蒺藜苜蓿模联蛋白家族基因的表达。     

小麦过氧化氢酶基因家族的鉴定及其在逆境胁迫下的表达模式分析

植物过氧化氢酶(catalase)基因(CAT)在分解过氧化氢以及应对各种环境胁迫中发挥着重要作用。为了进一步了解过氧化氢酶基因家族成员的功能,利用生物信息学方法从普通六倍体小麦(Triticum aestivum L.)中鉴定到10个过氧化氢酶基因(TaCATs),对其系统发育关系、蛋白质特征、染色体分布、基因结构、顺式元件和转录组进行了初步分析。采用qRT-PCR技术分析了小麦CAT基因在激素类胁迫、干旱胁迫和盐胁迫等胁迫下的的表达模式,并采用马铃薯晚疫病致病疫霉(Phytophthora infestans)对瞬时过表达的TaCAT3和TaCAT4烟草叶片进行抗疫霉侵染能力分析。结果表明,激素类顺式元件中数量最多的是参与脱落酸反应的顺式元件,其中TaCAT4所包含的顺式作用元件中参与激素类反应的元件最多。转录组数据表明,在小麦的不同生长发育时期、生物胁迫和非生物胁迫中,TaCATs在生物胁迫下的表达水平要高于其他2类,其中TaCAT4在白粉菌和禾谷镰刀菌胁迫下的表达量均高于对照。qRT-PCR结果表明,TaCATs在激素类胁迫中的表达量最高,其次是PEG胁迫。其中TaCAT8在A...     

甘蓝型油菜WOX基因家族的鉴定与表达分析

对甘蓝型油菜WOX基因家族进行研究,利用生物信息学方法鉴定到58个家族成员,对其理化性质、系统发育树、基因结构、保守结构域、染色体位置、顺式作用元件和表达模式等进行分析,结果表明：氨基酸长度为121~397,分子质量为13 962.77~44 157.46 u,等电点为5.23~9.63,亲水性均小于0,不稳定系数为42.12~75.63,亚细胞定位在细胞核和叶绿体;系统进化树将WOX基因分为3大类和9个亚支;相同亚支的成员motif和基因结构相似或相同;除 BnWOX1、 BnWOX3、 BnWOX4、 BnWOX15、 BnWOX32、 BnWOX42、 BnWOX43、 BnWOX51、 BnWOX53 基因外,其余 49 个BnWOX基因不均匀分布在19条染色体中的18条染色体上(ChrC06 除外),有38对串联重复基因;基因上游序列中包含转录因子结合位点、逆境响应、光响应、激素响应、分生组织调控等顺式作用元件等;各组织器官表达分析表明,BnWOX基因在根、茎尖、种子、角果中表达量较高;对WOX基因进行定量分析发现,在冷胁迫和干旱胁迫下基因表达量有显著变化,表明BnWOX基因可能在油菜响应冷/旱胁迫的调控机制中发挥着重要作用。     

逆境胁迫下硅的抗性作用机理研究

硅是对植物生长有益的一种营养元素,能提高作物的产量,改善作物品质。硅还可以提高植物对生物和非生物胁迫的抵抗能力。综述了国内外有关硅在缓解病虫害、干旱、盐害、重金属毒害及冻害等逆境胁迫下的作用及机理方面的研究。     

陆地棉PUP家族基因的鉴定及表达分析

为了有助于开展陆地棉PUP家族基因的生物学功能研究,也为后续陆地棉PUP基因在抗逆中功能的研究提供候选基因,利用生物信息学从陆地棉中鉴定PUP基因,并对PUP基因结构、保守结构域、顺式作用元件以及在胁迫条件下的表达等进行分析。结果表明,从陆地棉（TM-1）中共鉴定出31个PUP基因,依据进化分析结果,将这些基因分为3个亚支。染色体定位及基因复制事件分析结果表明,31个GhPUP家族基因分布在19条染色体上,且所有的PUP基因都由基因复制事件产生,复制类型为片段重复;基因结构的分析结果显示,陆地棉PUP基因大多数只有1个内含子,少数有2个或3个内含子,也有少数基因没有内含子;保守结构域分析表明,不同亚支上的PUP蛋白既有共同性也有特异性。顺式作用元件分析结果显示,GhPUPs基因启动子区域共有18个元件,这些元件分属于激素应答、胁迫/物理应答以及植物生长发育相关元件3类。同时,结合进化分析和转录组数据,筛选出了参与陆地棉胁迫应答的PUP基因。     

栽培大豆GRAS转录因子家族基因鉴定及其盐胁迫下表达模式分析

利用生物信息学手段及转录组测序方法对大豆78个GRAS家族基因进行系统分析.染色体定位结果表明78个GRAS基因不均匀地分布在20条染色体上.通过系统进化分析将大豆GRAS家族分为11个亚族.基因结构和保守基序分布分析结果表明GRAS家族成员在进化上具有保守性,尤其是进化关系较近的成员多具有类似的基因结构和蛋白质结构....     

陆地棉GELP家族基因鉴定及其响应胁迫的表达分析

GELP型脂肪酶(GDSL-type esterase/lipase proteins,GELPs)是一类N端含有GDSL-motif的脂质水解酶,在植物生长发育、应激反应及病原菌防御中均发挥非常重要的作用.基于最新发布的陆地棉基因组数据,从全基因组水平上鉴定出210个陆地棉GELP基因,根据系统发育关系将其分为10个...     

茶树Whirly基因家族的鉴定与表达分析

【目的】对茶树Whirly基因家族成员进行鉴定及表达分析,为进一步探究Whirly基因家族在茶树生长发育和逆境响应的作用机理提供参考。【方法】以茶树品种北茶36、龙井43和大面白的叶片为材料,基于Whirly基因家族的保守结构特征,从茶树基因组鉴定CsWhys基因家族成员,利用生物信息学软件对其进行可视化分析,并对组织特异性和时空表达模式分析。【结果】从舒茶早茶树基因组中鉴定获得2个CsWhy基因,命名为CsWhy1(XP_028085682.1)和CsWhy2(XP_028102803.1)。系统进化树分析结果显示CsWhy1和CsWhy2蛋白分别与已知的定位于叶绿体和线粒体的Whirly蛋白聚为一类。CsWhys基因启动子区域富含激素、胁迫和MYB转录因子结合位点等顺式作用元件,种类呈多样性。组织表达特性分析显示,CsWhy1在茶树叶片和芽中具有较高的表达丰度;CsWhy2则在茶树不同组织中均具有较高的表达丰度。时空表达模式分析结果发现,CsWhys的表达在不同时间点受低温、干旱、ABA、GA和H₂O₂处理诱导上调。冷驯化条件下,CsWhy1在抗寒品种龙井43和不抗寒品种大面白中呈现相反的表达模式,而CsWhy2在2个品种中均下调表达。【结论】茶树基因组中2个CsWhys基因具有Whirly基因家族的典型特征,茶树CsWhys基因的表达具有明显的组织特异性,推测CsWhys基因家族在茶树芽叶生长和抗逆过程中起发挥了重要调控作用。     

大豆GmANKTM家族非生物胁迫生物信息学分析

ANKTM(Ankyrin repeats transmembrane)蛋白属锚蛋白超家族,包含ANK基序和跨膜结构域,在非生物胁迫、生物胁迫、诱发衰老中起重要作用。为了解大豆ANKTM (Ankyrin repeats transmembrane)家族成员及其胁迫响应规律,利用生物信息学和q-PCR方法研究大豆ANKTM家族成员。结果表明,从大豆中鉴定出62个ANKTM家族基因,分为5个亚家族。该家族编码蛋白含346～1 039个氨基酸,分子质量为37.88～114.83 ku,等电点(pI)为4.46～9.61。分析蛋白结构域发现,GmANKTM家族含ANK基序和跨膜结构域,58个基因含PGG结构域,此外还含ACBP、SBP、DHHC、G-PCR等其他结构域。除ANK基序、跨膜结构域和PGG结构域外其他结构域主要集中在第5亚家族。其余亚家族结构域分布位置和数量相近。启动子区域顺式元件分析发现,GmANKTM家族基因含光响应元件、激素响应相关元件和逆境响应相关元件。组织分析发现GmANKTM家族第5亚家族组织表达量高于其他亚家族。利用大豆转录组数据库分析发现,GmANKTM家族基因受盐胁迫和干旱胁迫强烈诱导。     

植物响应逆境胁迫的比较蛋白质组学研究进展

绿色植物在生长过程中遭遇的环境胁迫包括非生物胁迫（如干旱、高温、低温、高盐、营养）和生物胁迫（如病虫害）两大类。本文对植物响应上述逆境胁迫的比较蛋白质组学研究进展进行概述,并展望植物抗逆蛋白质组学的研究前景。