木薯AGPase基因家族的生物信息学及其表达分析

[目的]搜索鉴定木薯腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)的基因家族成员,并分析其生物学信息及不同组织和非生物胁迫下的表达情况,为木薯AGPase基因的功能挖掘及淀粉性状遗传改良提供理论依据.[方法]从木薯基因组数据库(Phytozome)下载木薯全基因组序列,从中筛选含NTP_transferase(Pfam编号PF00483)保守结构域序列的AGPase基因家族成员,利用生物信息学方法对其结构特征及编码蛋白序列进行分析.基于NCBI转录组测序(RNA-seq)数据,对木薯AGPase基因家族成员在不同组织及冷害和干旱胁迫下的表达模式进行分析.[结果]从木薯全基因组序列中共鉴定出9个AGPase基因家族成员,包含6个AGPase大亚基(LS)基因和3个小亚基(SS)基因.6个LS基因在长度和编码氨基酸数目上差异明显,但3个SS基因间的差异不明显.LS基因外显子数目为8~15个,SS基因外显子数目均为9个.9个木薯AGPase基因家族成员分布于8条染色体和1个scalefold中,未在染色体上发现串联成簇分布现象.木薯AGPase基因家族启动子区域含有多个干旱响应元件、光响应元件、激素响应元件及多种除干旱外的其他非生物胁迫响应元件.9个AGPase基因家族成员在不同木薯组织间的表达模式具有组织特异性.经冷害胁迫后,除MeAGL1.3基因外,其余8个基因表达量均极显著(P<0.01,下同)或显著(P<0.05,下同)下调;经干旱胁迫后,MeAGL1.4、MeAGS1.1、MeAGS1.2和MeAGS2基因表达量极显著或显著下调,MeAGL1.3基因的表达量显著上调,其余基因与对照无显著差异(P>0.05).[结论]木薯AGPase基因家族成员具有保守的基因结构和功能结构域,其表达具有组织特异性,大多数成员表达水平受冷害和干旱胁迫调控.     

冬瓜 WRKY 基因家族鉴定及表达分析

【目的】WRKY转录因子家族在植物生长发育、抵御胁迫等过程起着至关重要的作用。挖掘参与冬瓜（Benincasa hispida Cogn.）非生物胁迫的WRKY基因家族成员,探究其生物学功能。【方法】基于冬瓜基因组数据库鉴定冬瓜WRKY成员,利用生物信息学的方法系统分析其WRKY基因家族成员的蛋白理化性质、系统发育、保守基序、顺式作用元件,通过qPCR分析冬瓜WRKY的表达情况。【结果】冬瓜WRKY基因家族有57个成员,氨基酸数目在126～650之间,相对分子质量在13.92～71.68 kD之间;蛋白等电点在4.61～9.69之间。根据系统进化树将该家族分为3个类群,第二类群又分为5个亚组。冬瓜WRKY外显子有2～6个。染色体定位分析发现,有56个基因定位在12条染色体上,1个基因未定位在染色体上。保守基序分析显示,Motif 1和Motif 3存在于56个基因,且同一类群具有类似的保守基序结构。同时,冬瓜WRKY基因的启动子上均含有应激反应相关元件、激素响应元件。WRKY在冬瓜不同组织和果实发育时期特异表达。RT-PCR结果表明非生物胁迫和激素处理冬瓜可诱导部分WRKY基因的表达。...     

木薯SR45亚家族基因鉴定及表达

目的 精氨酸和丝氨酸富集蛋白(Arginine/serine-rich proteins,SR)为剪接复合体的主要成员,不仅参与植物前体mRNA可变剪接过程,在植物非生物胁迫中也具有相当重要的作用。SR45基因为SR基因亚家族成员之一。本研究旨在分析木薯SR45亚家族成员蛋白结构特征与表达模式,为进一步了解该亚家族基因在木薯中的功能提供理论支持。方法 利用生物信息学技术重新构建木薯SR基因家族进化树,对木薯SR45亚家族蛋白理化性质、基因结构、保守结构域进行分析,同时利用转录组数据分析低温与干旱胁迫下SR基因表达变化,运用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对低温胁迫的响应。结果 木薯SR基因家族共7个大类26个成员,SR45亚家族共有5个成员;SR45亚家族基因编码蛋白长度为135~423 aa,相对分子质量为14970~47210,等电点为5.19~12.34;预测其主要定位于细胞核和叶绿体;SR45编码RS结构域和RRM结构域,具有Motif 3、Motif 6、Motif 2和Motif 1保守基序。转录组数据和RT-qPCR分析表明,SR45基因均响应木薯低温胁迫,且MeSR45-2显著上调表达,MeSR45-4、MeSR45-5在木薯根和叶中有较高表达量。结论 木薯SR45亚家族基因显著响应低温胁迫;将MeSR45-2基因列为调控低温逆境变化的候选基因,将根和叶列为研究SR45基因亚类成员的主要组织。本研究为探索木薯SR45基因奠定了理论基础,并为进一步研究木薯SR45基因逆境胁迫应答过程指明了方向。     

高粱OFP转录因子家族生物信息学及盐胁迫下的表达分析

为了解OFP(Ovate family proteins)基因家族在高粱基因组中的特征,本研究利用生物信息学方法对高粱OFP基因家族进行了家族成员鉴定,进化关系分析,基因定位,保守motif分析,基因结构、功能启动子元件、基因共线性以及盐胁迫条件下的表达特征进行了分析。结果表明:高粱中鉴定得到37个OFP基因,编码139～543个氨基酸,分子量大小在15.379 88～60.055 64 kD之间,等电点为4.49～11.62,均为亲水蛋白;通过系统发育分析发现,该家族基因可分为三大类,分别包含高粱OFP家族13、8、16个基因;该家族成员在高粱10条染色体上呈不均匀分布,其中3号染色体上分布最多,含有10个SbOFP基因;该家族蛋白保守结构域基本由Motif1和Motif2组成,有13个基因同时具有干旱诱导响应元件(MBS)、脱落酸响应元件(ABRE)和茉莉酸甲酯响应元件(CGTCA-motif和TGACG-motif);高粱内部有20对共线性基因,与水稻、谷子和玉米共线性基因个数分别为27、27、32。胁迫发现SORBI_3005G042800、SORBI_3003G227000、SORBI_3003G010700和SORBI_3006G187600共4个基因的表达与盐胁迫关系密切。本研究结果将有助于了解高粱OFP基因家族,为高粱OFP基因家族成员的深入研究奠定理论基础。     

谷子TCP转录因子家族成员鉴定与生物信息学分析

[目的]鉴定谷子TCP转录因子家族成员,并进行生物信息学及组织表达特性分析,为探究谷子TCP转录因子在植物生长发育、激素信号途径和生物胁迫中的生物学功能提供理论依据.[方法]通过HMMER构建隐马尔可夫模型,在谷子蛋白数据库中搜索含有TCP特征性结构域的TCP蛋白,对其理化性质、保守基序和系统发育进化进行分析,并对其基因结构、启动子顺式作用元件及组织表达特性进行分析.[结果]从谷子蛋白数据库中共鉴定出23个TCP转录因子(编号SiTCP1~SiTCP23),氨基酸数量为95~451个,分子量为9743.9~46502.6 Da,理论等电点(pI)为4.2682~11.8710,其编码基因在9条染色体上呈不均匀方式分布.23个谷子TCP蛋白被分为3个亚族,其中GroupⅠ和GroupⅢ中各有10个TCP蛋白,GroupⅡ有3个TCP蛋白.谷子TCP蛋白保守基序的组成存在一定差异,但亲缘关系较近的蛋白具有相同的保守基序,部分谷子TCP蛋白含有特殊的基序;除SiTCP5、SiTCP20、SiTCP18和SiTCP22外,其余TCP蛋白均含有保守Motif 1和Motif 2.除SiTCP1、SiTCP6和SiTCP14基因仅包含1个内含子外,其余TCP基因均无内含子,且亲缘关系较近的基因具有相似结构.谷子TCP基因的启动子含有光应答元件、激素响应元件、应激响应元件及分生组织表达应答元件等.谷子TCP基因在不同组织中具有特异性,且大部分TCP基因在穗状花序和茎中高效表达.[结论]同亚族的谷子TCP转录因子家族成员具有相似的保守基序和基因结构,推测其在激素信号途径、应答非生物胁迫(干旱和低温)及生长发育中发挥重要作用.     

桃Q型C2H2锌指蛋白基因家族的鉴定及其在低温胁迫下的表达分析

【目的】从桃基因组鉴定Q型C2H2锌指蛋白基因家族成员,并进行生物信息学与低温表达分析,为桃抗逆性研究提供理论依据。【方法】采用生物信息学方法分析桃46个Q型C2H2锌指蛋白家族成员的理化性质、系统进化和基因结构等,并利用实时荧光定量分析其低温胁迫下的表达特征。【结果】桃Q型C2H2锌指蛋白家族成员氨基酸数量介于155～607,且主要位于细胞核中。染色体定位揭示该家族成员不均匀地分布在8条染色体上。系统进化分析将桃和拟南芥的Q型C2H2基因聚为16个亚组。基因结构分析表明：同一亚族成员结构相似,外显子数量基本相同。顺式作用元件分析表明：大多数Q型C2H2锌指蛋白家族成员启动子序列上游2 000 bp区域包含大量激素及非生物胁迫响应元件。qRT-PCR分析表明：低温胁迫下,桃Q型C2H2锌指蛋白家族成员中有16个成员为上调表达,且以PpC2H2-18基因最为显著。【结论】该家族成员均含有较高的保守基序和结构域,且可参与植物生长发育以及生物和非生物胁迫等,为桃的抗寒育种提供了参考。     

辣椒CUL家族基因的鉴定与表达分析

CUL家族成员在植物体内发挥着重要作用,但关于辣椒CUL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析报道较少。本研究对辣椒CUL基因家族进行了全基因组鉴定和表达分析。结果表明,共有12个CaCUL家族基因被系统鉴定,编码序列(CDS)全长为777～2 952 bp,非均匀地分布在6条染色体上,系统进化树将CUL基因分为4个亚家族。保守结构域分析结果表明,所有CUL蛋白均含有Cullin结构域,除此之外,有8个成员含有Cullin-Nedd8结构域,CaCUL1.6蛋白含有NB-ARC结构域。亚细胞定位预测发现CaCUL均定位于细胞质、细胞核。CaCUL基因的启动子中有多种与激素和胁迫响应等相关的顺式作用元件。基因表达模式分析结果表明,在不同生长阶段的不同组织中CUL参与了辣椒植株的生长和发育;在非生物胁迫中,大部分CUL基因都具有应激反应。本研究为进一步解析CaCUL家族基因在辣椒生长发育和非生物胁迫应答中的作用机理奠定了基础。     

玉米ZmEXO70s基因家族鉴定及苗期耐热性关联分析

【目的】鉴定玉米EXO70s（ZmEXO70s）基因家族成员,分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性,为揭示其在玉米耐热方面的功能和分子机制打下基础。【方法】以拟南芥EXO70s（AtEXO70s）基因家族成员序列为参考,利用MaizeGDB和NCBI数据库从玉米全基因组中鉴定出ZmEXO70s基因家族成员,对其进行基因结构及系统进化分析,根据其在系统发育进化树上的位置对其进行系统命名,并基于转录组测序（RNA-Seq）数据分析ZmEXO70s基因家族成员在不同组织及非生物胁迫下的表达模式。最后,鉴定玉米自交群体AM368中ZmEXO70s基因SNP位点,结合玉米AM368群体苗期耐热存活率进行基因家族关联分析。【结果】从玉米全基因组序列中共鉴定出36个ZmEXO70s基因,分布在10条染色体上,长度为228～3726 bp,编码75～1241个氨基酸残基,蛋白分子量为8.6～136.6 kD,理论等电点（pI）介于4.5～9.9,大部分蛋白pI小于7.0。拟南芥、水稻和玉米的EXO70s蛋白被分为9组（A组～I组）,其中ZmEXO70s蛋白在各组中均有分布。大多数ZmEXO70s基因不含内含子,只有少数基因含有内含子,且内含子数量不同。36个ZmEXO70s蛋白共含8种基序（Motif 1～Motif 8）,主要集中在C端,说明这些蛋白端序列较保守,且Motif 1～Motif 8组成Exo70保守结构域。ZmEXO70s基因在不同组织中的表达水平均存在明显差异,其中ZmEXO70B3基因在雄穗、花药、叶片和花丝中高表达,ZmEXO70C1a基因只在雄穗和花药中高表达,ZmEXO70D2b基因在胚乳和萌发种子中低表达,ZmEXO70G1c基因在花丝和萌发种子中低表达。有23个ZmEXO70s基因至少可响应一种非生物胁迫,说明这些ZmEXO70s基因参与非生物胁迫响应过程。ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因的遗传变异与玉米苗期耐热性具有显著相关性（P≤0.01）。【结论】ZmEXO70s基因家族成员在系统发育进化上较保守,其基因组复制事件可能发生在禾本科植物分化后,且大多数ZmEXO70s基因被保留,仅部分基因被丢失。ZmEXO70s基因可能在非生物胁迫响应过程中发挥重要作用,ZmEXO70D2a和ZmEXO70E1基因可作为调控玉米苗期耐热性重要候选基因。     

桂花OfACOs基因家族鉴定及表达分析

【目的】对桂花Osmanthus fragrans乙烯合成路径氨基环丙烷羧酸氧化酶(1-aminocyclopropane-1-carbox-ylate oxidase, ACO)基因家族进行了全基因组鉴定及表达分析,以探索参与桂花花瓣乙烯合成的关键ACO家族成员。【方法】以桂花品种‘柳叶金桂’O. fragrans‘Liuye Jingui’为参考基因组,对桂花OfACOs家族进行鉴定、进化分析、基因结构分析以及根、茎、叶、芽和不同开花阶段的表达模式分析。【结果】通过蛋白保守结构域(protein families,pfam)分析,从桂花基因组中共鉴定出了122个OfACOs成员,分布于22条染色体上;保守基序分析表明：大多数OfACOs基因同时包含Motif 1、 Motif 2、Motif 3、Motif 4和Motif 7这5个保守基序,它们共同组成OfACOs保守结构域;共线性分析结果表明：与拟南芥Arabidopsis thaliana基因为共线性对的基因可能具有相似的功能。结合swiss-prot同源序列对比分析,筛选出27个成员作为候选研究对象,进行不同组织部位根、茎、...     

鹰嘴豆NF-Y基因家族的全基因组序列鉴定及生物信息学分析

为了揭示鹰嘴豆NF-Y基因家族的功能,从鹰嘴豆全基因组中鉴定NF-Y基因,并利用生物信息学分析软件对其进行系统发育进化、染色体定位、基因结构、保守结构域以及microRNA的靶位点预测分析。结果表明,共鉴定出41个鹰嘴豆NF-Y基因家族成员,在进化上分为3个亚家族:CarNF-YA(8个)、CarNF-YB(22个)和CarNF-YC(11个);这些基因分布于7条(Ca1—Ca7)染色体上,另外还有3条序列未定位到染色体上。鹰嘴豆NF-Y家族基因序列大部分都含有1～5个内含子和1～6个外显子,少数序列如CarNF-YB9和CarNF-YC6等仅含有外显子结构;编码的蛋白质中共发现3个保守基序(Motif1、Motif2和Motif3),其中Motif1、Motif2在CarNF-YB和CarNF-YC亚家族中均有分布,而Motif3仅分布在CarNF-YA亚家族中。鹰嘴豆和拟南芥NF-Y蛋白家族成员系统进化树表明,Car/At NF-YA可以分成6类,分别由6、1、3、3、1、4种蛋白质组成; Car/At NF-YB可以分成4类,分别由21、8、2、4种蛋白质组成; Car/At NF-YC亚基可以分成3类,分别由17、4、4个蛋白质组成。对鹰嘴豆NF-Y基因家族成员的miRNA169靶位点预测发现,41个成员中仅有CarNF-YA亚家族中的6个成员受到miRNA169调控。