烟草Nt-GAD的氨基酸序列分析

为从分子层面研究烟草Nt-GAD的氨基酸序列,采用Protparam、Interpro、Blast、Muscle、Phyml和Treedyn工具,分析烟草Nt-GAD氨基酸序列的理化特性、结构域和进化树。结果表明：烟草Nt-GAD成员的等电点均处于5.5～6之间,且Nt-GAD1和Nt-GAD2同源性最高,此外Nt-GAD2的耐热性最好,Nt-GAD3的稳定性最强;烟草Nt-GAD属于磷酸吡哆醛依赖性脱羧酶家族和谷氨酸脱羧酶家族,且具有磷酸吡哆醛依赖性转移酶同源超家族结构域,C末端存在独特区域钙调蛋白结构域,通过进化树分析烟草Nt-GAD成员被划分为三组,其中烟草Nt-GAD3(第一组)分化较为突出,而Nt-GAD2(第三组)则较为保守,而Nt-GAD1和Nt-GAD4被划分为第二组。     

烟草精氨酸脱羧酶的蛋白质特性分析

为了研究参与烟草多胺合成的精氨酸脱羧酶的蛋白特性,运用生物信息学的方法分析了烟草精氨酸脱羧酶的理化特性、系统进化、氨基酸序列、保守区域和二级结构。结果表明:烟草精氨酸脱羧酶的等电点为4.99~6.78,氨基酸数为558~733,疏水性为-0.050~0.079,脂肪指数为88.04~92.08,不稳定指数为39.54~44.14;经进化树分析,烟草精氨酸脱羧酶分为2组,组1为Nt CAD1、Nt CAD2和Nt CAD5,组2为Nt CAD3和Nt CAD4;经序列比对分析,Nt CAD1、Nt CAD2和Nt CAD5的同源性较高,Nt CAD3和Nt CAD4的同源性较高,且组2均具有1个精氨酸脱羧酶保守序列和2个丙氨酸消旋酶/Ⅳ组脱羧酶保守序列;烟草精氨酸脱氢酶各成员的二级结构所占比例均为α-螺旋无规则卷曲β-折叠β-转角。     

普通烟草PMEI家族的鉴定与表达分析

果胶是细胞壁的重要组成部分,它不仅在细胞之间的连接上起着关键作用,还能维持细胞壁结构稳定和抵御病原的侵害。细胞壁中的果胶甲酯酶抑制剂(pectin methyl ester enzyme inhibitor,简称PMEI)可以调控果胶甲酯酶(pectin methyl ester enzyme,简称PME)对果胶的去甲酯化作用,从而引起细胞壁结构和功能特性的改变。为深入研究PMEI基因家族在烟草生长发育过程中的功能,采用生物信息学方法,在普通烟草基因组中共鉴定出90个PMEI基因家族成员,并对其进行基因结构、系统进化树、蛋白理化性质、保守结构域、表达分析和基因本体(gene ontology,简称GO)分析。结果表明,烟草PMEI基因家族可以分为5个亚家族,在进化树中形成明显不同的分支,同一亚家族中各成员的基因结构、编码蛋白的理化性质及保守域呈现较高的一致性。每个成员都含有由4个反向平行α螺旋组成的PMEI结构域,结构域序列中有4个极为保守的半胱氨酸残基,形成2个二硫键。GO分析结果显示,所有烟草的PMEI蛋白都具有酶抑制活性,大部分成员参与细胞壁的修饰过程。PMEI成员在烟草不同组织中均有表达,其中在茎、叶脉、幼苗叶和幼苗根中的基因表达数较多;第Ⅳ、Ⅴ亚家族成员在幼根、幼叶中表达量较高。研究结果将为烟草PMEI家族的深入研究提供依据,为进一步解析PMEI基因的功能奠定基础。     

烟草半胱氨酸蛋白酶的生物学分析

[目的]研究烟草半胱氨酸蛋白酶的生物学特性。[方法]通过PROTPARAM、CLUSTAL、MEGA、TMHMM、WOLF-PSORT、SOPMA工具对烟草半胱氨酸蛋白酶的理化特性、进化树和跨膜结构进行生物学分析。[结果]NtCP-3和NtCP-4氨基酸个数(361)最大,NtCP-5氨基酸个数(349)最小;NtCP-1、NtCP-2、NtCP-3和NtCP-4为酸性,NtCP-5为碱性;NtCP均属于稳定性蛋白,且NtCP-1和NtCP-2的耐热性较好;NtCP-3和Nt CP-4属于亲水性蛋白,其余为两性蛋白;NtCP被分为3个亚组,NtCP-1和NtCP-2为一组,NtCP-3和NtCP-4为一组,NtCP-5单独成一组;NtCP均属于跨膜蛋白,且NtCP-5具有2个跨膜结构。[结论]烟草半胱氨酸蛋白酶的生物学特性为广泛地参与烟草的生理反应奠定基础。     

烟草PPO氨基酸序列分析

为研究烟草PPO的理化特性,采用PROTPARAM、SMART和NPSA-PRABI工具解析烟草PPO成员的生理特性、结构域和二级结构。结果表明:烟草PPO为酸性氨基酸,NtPPO1、NtPPO2和NtPPO3属于不稳定的蛋白,其中以NtPPO1的耐热性相对较强,三者共同含量较高的氨基酸为亮氨酸和脯氨酸;NtPPO1、NtPPO2和NtPPO3均含有Tyrosinase、PPO1_DWL和PPO1_KFDV结构域,且NtPPO1和NtPPO2含有信号肽;烟草PPO成员的二级结构主要为无规则卷曲,其次是α-螺旋,各二级结构排列较为分散。     

烟草泛素激活酶E1氨基酸序列的分析

泛素激活酶E1是促使泛素与蛋白质结合途径中的重要酶,为此,运用PROTPARAM、NetPhos和protscale工具分析烟草泛素激活酶E1成员的生理特性、磷酸化位点和疏水性。结果显示,NtUAE1、NtUAE2和NtUAE3属于稳定性蛋白,且耐热性较强,半衰期均大于20 h,均属于酸性氨基酸,三者各序列中的氨基酸含量占比位于为Pro、Asp和Leu;NtUAE1、NtUAE2和NtUAE3的磷酸化位点分别为83、77和75个,其中酪氨酸数目相同,均为7个;泛素激活酶E1成员均属于亲水性蛋白。     

毛果杨全基因组铵转运蛋白家族成员及其序列分析

【目的】探讨毛果杨(Populus trichocarpa)全基因组中铵转运蛋白(AMTs)家族成员的系统发育及部分成员的理化性质、结构和亚细胞定位。【方法】以从毛果杨全基因组数据库中搜索并筛选得到的目标蛋白序列为基础,应用软件CLUSTALX 2.0、GeneDOC和MEGA4,对AMTs家族成员的系统发育进行了分析,并重点分析了AMT1亚家族成员PtrAMT1-1、PtrAMT1-6和AMT2亚家族成员PtrAMT2-1、PtrAMT4-5的保守基序、理化参数、亲/疏水性、跨膜域、三级结构及亚细胞定位。【结果】在毛果杨基因组数据库中发现了19个AMTs,8个属于AMT1亚家族,11个属于AMT2亚家族;AMT1和AMT2亚家族内的蛋白序列保守性强,而亚家族之间的差异较大;AMT1与AMT2间的共同基序较少;AMTs是一类位于膜上运输NH4+的蛋白家族,有10~11个跨膜域,亚家族内蛋白三维结构相似,不同AMTs成员的亚细胞定位不同。【结论】在毛果杨中,AMT1与AMT2亚家族分开较早,各AMTs在杨树氮素代谢中起着不同的作用,共同维持并调控着杨树体内的氮素平衡。     

亚洲棉Argonaute蛋白家族的生物信息学预测与分析

【目的】在全基因组水平上鉴定亚洲棉(Gossypium arboretum L.)AGO蛋白家族成员,分析其进化关系,为亚洲棉遗传改良提供基因资源。【方法】用AGO蛋白保守域在亚洲棉基因组数据库中进行同源比对,并对AGO蛋白家族的进化关系、基因结构、结构域、染色体定位、三级结构及表达模式等进行生物信息学分析。【结果】从亚洲棉蛋白数据库中共鉴定出11个AGO蛋白家族成员,其编码区长度为2 949~9 807bp,定位在6条染色体上,其中第9号染色体上分布有4个基因;11个AGO家族成员分为5个亚族,亚族内各成员间具有很高的保守性;AGO家族成员均具有典型的α-螺旋跨膜结构,属于碱性蛋白;从表达模式看,AGO家族成员在纤维发育不同时期和不同组织中的表达量存在较大差异,其中5个基因在棉纤维次生壁后期高表达,在其他时期表达水平较低,存在组织特异性。【结论】成功鉴定了亚洲棉AGO蛋白家族,明确了其基本结构的进化关系及基因表达特点。     

谷子GH5基因家族全基因组鉴定和表达分析

糖苷水解酶5(GH5)属于最大的糖苷水解酶家族,在细胞壁合成与降解过程中发挥重要作用。为解读谷子GH5基因家族特性,通过生物信息学方法对谷子进行全基因组扫描,鉴定并分析谷子GH5家族成员。结果表明,谷子具有18个GH5基因(命名为SiGH5-1~SiGH5-18),不均匀分布在8条染色体上。SiGH5蛋白具有保守结构域,叠合比对发现不同物种GH5蛋白结构高度保守。多物种系统发育树分析表明,GH5蛋白具有种属特异性特点。基因结构分析发现,同一分支的GH5蛋白具有相似的基序分布,GH5成员具有外显子改组现象。表达谱分析发现,谷子GH5家族基因属诱导型表达,其中,SiGH5-8、SiGH5-17在谷子各器官和非生物胁迫过程中均具有较高表达量。启动子分析鉴定到大量激素类响应元件,暗示GH5家族成员通过响应植物内源激素发挥调控作用。     

烟草COMT氨基酸序列的生物信息学分析

为了研究烟草COMT氨基酸序列,通过PROTPARAM、TargetP 1.1 Server和MEME工具获取烟草COMT成员的生理特性、亚细胞定位和保守基序的相关信息。结果表明:Nt COMT1、Nt COMT2和Nt COMT3序列中氨基酸含量所占比重位于前三的均含有亮氨酸,且烟草COMT成员属于稳定性高、耐热性强的酸性蛋白;NtCOMT1和NtCOMT2的信号肽较弱,定位于细胞质中,而NtCOMT3的信号肽相对较强,定位于叶绿体中;烟草COMT成员均被检测出6个保守基序,且保守基序的类型和排列顺序均保持一致。     

烟草胚胎发育晚期丰富蛋白家族的全基因组鉴定与分析

在烟草中鉴定了45个LEA家族成员与7个亚组.系统发育分析表明,NtLEA家族成员之间具有较高的同源性,染色体分析显示,NtLEA家族成员在染色体分布上偏好性较小;NtLEA家族成员结构上具有相似性.通过对烟草LEA基因家族进行全基因组的鉴定与分析,为进一步阐明NtLEA作用和提高烟草在非生物胁迫下的抗性提供基础.     

辣椒类甜蛋白基因家族鉴定及表达分析

为了在全基因组水平上了解辣椒类甜蛋白基因(TLP)家族特征,本研究通过生物信息学方法,利用辣椒基因组数据库,对筛选的28个辣椒TLP家族成员进行鉴定,对结构功能、聚类及时空表达进行分析。结果表明,辣椒TLP家族基因主要分为4种结构类型,基因分布在9条染色体上。系统发育分析结果显示,辣椒TLP家族基因属于8个聚类组,其中成员最多的聚类组5中的基因主要来自1号染色体。基因启动子区顺式作用元件分析发现多个激素响应元件、生物/非生物响应元件。时空表达分析结果表明,多数辣椒TLP家族基因在各器官和果实发育的各阶段均有较高表达,各成员在时空表达上具有器官特异性。本研究为辣椒TLP家族基因的克隆及其在植物生长及对抗胁迫方面的研究奠定了基础。     

烟草高亲和钾转运蛋白基因NtHAK5克隆及表达模式分析

【目的】克隆烟草高亲和钾转运蛋白基因（NtHAK5）,并分析其在不同非生物胁迫下的表达模式,为深入探究该基因在烟草抵御低钾胁迫等非生物胁迫中的功能和作用机制提供理论参考。【方法】从普通烟草K326中扩增NtHAK5基因编码区（CDS）序列,利用生物信息学软件对其进行预测分析,并构建pBWA (V) HS-NtHAK5-GLosgfp融合表达载体,通过农杆菌介导转染烟草表皮细胞,观察荧光信号以确定蛋白的亚细胞定位情况。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测NtHAK5基因在不同组织和不同非生物胁迫条件下的表达特性,以无胁迫处理（正常供钾2 mmol/L K+）的植株为对照（CK）。【结果】烟草NtHAK5基因CDS序列全长2418 bp,共编码805个氨基酸残基,其编码蛋白的分子量为89874.00 Da,理论等电点（pI）为8.65,属于稳定性疏水蛋白,含有HAK家族蛋白典型的跨膜结构域。NtHAK5基因的二级结构中α-螺旋占40.12%,延伸链占24.97%,无规则卷曲占26.21%,β-折叠占8.70%。NtHAK5蛋白与烟草NtHAK1和黄花烟草NrHAK1蛋白的氨基酸相似性分别为40.69%和40.44%,与拟南芥AtHAK5相似性最高,为58.26%。NtHAK5基因启动子含有厌氧、低温、干旱、脱落酸（ABA）、茉莉酸甲酯（MeJA）响应的相关顺式作用元件。NtHAK5蛋白定位在细胞膜上。低钾胁迫处理下和正常供钾（CK）条件下,NtHAK5基因在根、茎、老叶和新叶中均有表达,且均以老叶中相对表达量最高。NtHAK5基因在干旱胁迫、冷害处理、盐胁迫和低钾胁迫下的相对表达量显著高于CK （P<0.05）,但在低氮和低磷条件下的相对表达量与CK无显著差异（P>0.05）。【结论】 NtHAK5基因属于HAK基因家族成员,具有明显组织表达特异性,参与烟草植株对干旱胁迫、冷害胁迫、盐胁迫和低钾胁迫等非生物胁迫响应,推测其编码的蛋白在烟草组织中作为K+转运体参与非生物胁迫下K+的吸收、转运和再利用。     

小麦NPR1基因家族鉴定及其表达分析

【目的】对小麦NPR1基因家族成员进行鉴定及表达分析,为探究该家族基因的作用机制及小麦遗传改良提供理论参考。【方法】以拟南芥NPR1家族蛋白序列为参考序列,从小麦基因组中鉴定出小麦NPR1基因家族成员,利用生物信息学软件对其序列特征进行分析,并分别利用RNA-Seq原始数据和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析小麦NPR1家族基因在不同组织及不同胁迫下的表达水平。通过STRING在线网站构建TaNPR1s蛋白的互作网络。【结果】共鉴定获得20个小麦NPR1基因家族成员,其编码蛋白的不稳定指数均大于40,为不稳定蛋白;平均总亲水性值（GRAVY）均为负值（除TaNPR5-D为正值外）,为亲水蛋白;主要分布于细胞核内,在叶绿体、线粒体、内质网和细胞质等部位也有分布;二级结构均由α-螺旋、延伸链、β-转角和无规卷曲组成,以α-螺旋和无规则卷曲为主;对应的三级结构模型有10种。20个TaNPR1s蛋白均可与转录因子HBP-1b及未知蛋白A、B、C、D发生相互作用,这5种蛋白均含有bZIP结构域（含TGACG基序）和种子休眠特异基因结构域（DOG1）。TaNPR1s基因在不同组织中的表达模式不同,可分为在多个组织中表达、在特定的组织或发育阶段表达和在不同组织发育阶段均低表达或不表达,共三大类。随机挑选的8个TaNPR1s基因中,有3个基因在禾谷镰刀菌胁迫下表达量降低,但在白粉病菌胁迫下表达量升高;有2个基因在这两种菌胁迫下表达量均升高,有2个基因在两种菌胁迫下表达量均下降。TaNPR1s基因对6种非生物胁迫处理均有响应,但表达模式存在差异。【结论】小麦NPR1基因家族成员在不同组织生长发育过程和生物和非生物胁迫响应中发挥重要调控作用,且基因的可变剪接体也表现出不同组织表达特性,丰富了NPR1s蛋白功能。TaNPR1s蛋白可能通过与bZIP和DOG1结构域结合发挥其生物学功能。     

铁皮石斛热激转录因子(Hsf)基因家族鉴定及生物信息学分析

[目的]鉴定铁皮石斛热激转录因子(Hsf)基因家族成员,并进行生物信息学分析,为深入研究该家族在铁皮石斛热应激响应中的调控机制提供理论参考.[方法]以拟南芥和水稻Hsf蛋白氨基酸序列为参考序列,在铁皮石斛蛋白数据中搜索其同源蛋白序列,利用SMART和Pfam数据库鉴定出其Hsf基因家族成员.利用生物信息学方法对铁皮石斛Hsf基因家族组成、基因结构、启动子区顺式作用元件及其编码蛋白结构域和进化关系等进行分析.[结果]共鉴定获得23个铁皮石斛Hsf基因家族成员,编码氨基酸数量为132~514个,平均343个,多数属于酸性蛋白和亲水性蛋白,可分为HsfA、HsfB和HsfC组,其中HsfA组成员13个、HsfB组成员9个、HsfC组成员1个.除DoHsfA3仅包含motif 1和motif 2外,其他HsfA组蛋白均含有motif 1~motif 5,HsfB和HsfC组蛋白均缺少motif 5.铁皮石斛Hsf蛋白缺少A9、B3、B5和C1亚类成员,与同属于单子叶兰科植物的小兰屿蝴蝶兰Hsf蛋白亲缘关系最近.HsfA组成员包含完整的HSF功能域和卷曲螺旋(CC)功能域,HsfB和HsfC组成员缺少或含不完整的CC功能域.DoHsfA1A蛋白具有保守的丝氨酸—苯丙氨酸—缬氨酸—精氨酸—谷氨酰胺序列.铁皮石斛Hsf基因启动子区含有大量激素响应、胁迫响应和生长相关元件.[结论]铁皮石斛Hsf基因家族成员进化较保守,其生物学功能存在明显物种特异性,进化关系较复杂,推测其在不同的非生物胁迫和植物激素信号途径中发挥潜在"节点"作用.     

榛属ycf1基因生物信息学分析

为研究ycf1基因家族成员在榛属(Corylus)中的生理功能,利用榛属叶绿体基因组数据库,经过生物信息学分析,获得榛属ycf1基因家族成员的基因结构、定位和编码蛋白,经过多重序列比对进行进化和分类分析。结果表明,榛属叶绿体基因组中的ycf1基因家族成员不含有内含子;TMHMM跨膜区结构分析显示,榛属YCF1蛋白均不含有跨膜区;MEME保守结构域分析显示,榛属YCF1蛋白均含有3个保守结构域。研究结果对解析榛属YCF1蛋白的生物学功能提供重要的线索。     

稻瘟病菌假定的糖基水解酶62家族初步研究

 【目的】了解糖基水解酶62家族细胞壁降解酶系在稻瘟病菌致病中的作用。【方法】通过生物信息学方法对稻瘟病菌基因组中假定的糖基水解酶62家族成员进行基因结构、蛋白分泌特性及系统发育分析,并对其中一个成员MGG_01403.6进行过量表达、基因敲除分析。【结果】该家族共有8个成员,均具有细胞壁降解酶（糖基水解酶62家族）保守结构域,且均为胞外分泌蛋白;系统发育分析可以将这些成员分别聚类在两个进化分支中;成员间在不同侵染阶段表达模式有差异;MGG_01403.6过量表达和基因敲除均不影响稻瘟病菌的致病性。【结论】糖基水解酶62家族可能存在功能冗余作用,进一步的双突变或多突变可能是明确这类多基因家族基因功能的重要方法。     

烟草糖苷水解酶GH3基因家族鉴定与表达分析

糖苷水解酶GH3基因家族在植物的糖代谢和生长发育中起着重要作用,而烟草GH3基因家族目前尚未见相关鉴定和分析研究报道。本研究采用生物信息学方法在烟草基因组中鉴定GH3家族基因,并对其在不同组织中及逆境条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在普通烟草K326的基因组中共鉴定出35个GH3基因,其中23个被定位在14条染色体上,存在6对共线性基因;GH3家族蛋白均为热稳定性蛋白,其基因上游启动子区均包含多个激素和胁迫响应元件。转录组数据表明,GH3家族基因大多数在烟苗茎尖高表达,少部分在根和茎中高表达,表达量受光照时间影响;烟苗受到干旱胁迫后GH3家族成员都有不同程度的响应。挑选4个NtGH3基因进行qRT-PCR分析,结果表明, NtGH3-5、NtGH3-19、NtGH3-22、NtGH3-26可能参与响应低温以及ABA处理。这可为深入了解烟草GH3基因家族及其功能提供依据。     

玉米脱水素基因家族的鉴定与分析

脱水素(dehydrin,DHN)属于LEA蛋白第二家族成员,是一种植物中广泛存在的亲水性蛋白,在干旱、低温和高盐等非生物胁迫的环境中起到重要作用。通过生物信息学方法对玉米全基因组DHN家族成员进行了鉴定,并进一步对其系统发育、基因结构、染色体定位和基因复制以及表达模式进行了系统分析。结果显示,在玉米DHN基因家族中共有5个家族成员,多物种系统发育进化树分析、基因结构以及基序分析都表明DHN家族成员在进化上具有高度的保守性。基因复制和物种间微共线性分析表明,在5个玉米DHN基因中存在着1对片段复制基因(ZmDHN1-ZmDHN2),玉米、高粱和水稻3个物种间存在2对直系同源基因(ZmDHN2-Sb04g032250.1,ZmDHN2-Os02g44870.1)。通过转录组表达数据分析表明,玉米DHN家族基因在不同发育时期具有不同的组织表达模式;同时,诱导表达模式分析表明ZmDHN基因的表达受到盐和干旱胁迫的显著诱导。该研究结果将为进一步鉴定玉米DHN家族重要的基因成员并对其开展功能分析奠定基础。     

基于基因组的绒毛状烟草和林烟草microRNA及其靶基因分析

【目的】填补绒毛状烟草（Nicotiana tomentosiformis）和林烟草（Nicotiana sylvestris）在miRNA相关领域的研究空白,揭示普通烟草（Nicotiana tabacum）的生长发育调控机理。【方法】在绒毛状烟草和林烟草全基因组中预测并分析miRNA及其靶基因,通过同源比对及miRNA前体二级结构特征进行预测：参考序列在绒毛状烟草和林烟草基因组的比对中,允许最多1-2个错配;miRNA二级结构为经典茎环结构,其中MEF最大值为-25,MEFI最小值为0.85,预测的miRNA与已知的同一家族的miRNA位于发夹结构的同一条臂上;去除E值小于等于1e-6的编码蛋白的序列。【结果】在绒毛状烟草中得到39个家族的162条miRNA,包括14对正/反义miRNA和5个基因簇。在林烟草中得到40个家族的169条miRNA,包括13对正/反义miRNA和3个基因簇。2个野生烟草在保守度高的miRNA家族中,其成员分布相似,且成员数相近。在保守度相对较低的家族中,2个野生烟草其成员分布差异较为明显,其中,miR5021、miR5203等9个家族仅在绒毛状烟草中有成员,miR1446、miR1509等10个家族仅在林烟草中有成员。2种野生烟草的正义miRNA与反义miRNA都有着1-4个碱基差异,这些差异位点在不同的家族中呈现出偏好性,而且在2种野生烟草中偏好性相似：miR164家族的9、12、13个碱基处,miR172家族的1、21个碱基处,miR396家族的2、17个碱基处,miR399家族的15、20个碱基处。2种野生烟草的基因簇主要是由miR156、miR169家族组成,其前体的间距小于350 nt,同时在绒毛状烟草中首次发现miR6019/miR6020基因簇。以普通烟草的unigene数据库作为靶基因集进行预测与分析,在绒毛状烟草122条miRNA中得到749个靶基因,去掉重复基因得到非冗余靶基因206条,其中89条（43%）得到GO功能注释;在林烟草中117条miRNA得到650个靶基因,去掉重复基因得到非冗余靶基因169条,其中78条（46%）得到GO功能注释。在分子功能方面,大多数靶基因具有结合等活性。在生物学过程中,靶基因主要参与了发育过程、生殖过程、多细胞器官发育过程、胁迫应答过程等。【结论】控制发育和多细胞器官发育过程的靶基因数方面以林烟草居多,而胁迫应答的靶基因数以绒毛状烟草较多。