苹果Dof转录因子生物信息学及其表达分析

为了解苹果Dof转录因子家族的生物学信息与功能,利用苹果基因组GDDH13 v1.1检索及RNA-seq转录本重构找到51个Dof基因,并通过Pfam和SMART检测确认,进一步对这些Dof基因进行全面分析.结果表明,除MD07G1265700外,其他50个Dof蛋白均含有一个明显的Dof结构域,且有一个CX2CX21CX2C基序.这些Dof基因编码氨基酸数为163～523,相对分子质量为18210～55800,等电点为5.01～10.30,多数Dof成员定位于细胞核中,少数定位于叶绿体或线粒体中.组织特异表达显示多数Dof基因在营养器官中的表达量高于生殖器官,而MD01G1084700、MD07G1153300、MD08G1040100、MD15G1034500基因在未成熟的果肉中表达量最高.盐碱胁迫下,除MD05G1023800基因没有检测到表达外,其他Dof基因的表达均受盐碱胁迫影响,只是响应强度和时间有差异,基因表达显著上调的有7个,显著下调的有15个.该研究结果为进一步揭示苹果Dof转录因子生物功能奠定了理论基础.     

苹果bZIP转录因子家族生物信息学分析及其在休眠芽中的表达

【目的】鉴定苹果（Malus×domestica Borkh.）基因组上的bZIP基因（MdbZIP）,为研究苹果bZIP转录因子提供相关信息以及在芽休眠过程中的调控作用提供理论参考。【方法】通过Pfam下载bZIP隐马尔科夫模型bZIP_1（PF00170）与bZIP_2（PF07716）,利用HMMER 3.0鉴定苹果bZIP基因。使用Clustal Omega、MEGA6.0、MapInspect、DNAMAN 6.0和MEME4.10.2等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用Microarray分析与qRT-PCR技术检测苹果bZIP基因在不同处理下及其在高需冷量品种与低需冷量品种中的表达情况。【结果】鉴定得到120个苹果bZIP基因,与拟南芥的系统进化树分析将苹果bZIP分为10个亚家族（A-I和S）。染色体定位分析显示,109个苹果bZIP不均匀分布于17条染色体上,其中,11个基因无匹配的染色体定位。8号染色体上分布最多（13个）,1号染色体分布最少（1个）,一些染色体区域基因密度较高。基因结构分析表明,MdbZIP基因家族外显子数量0-23个,其中23个基因无内含子,分布于F亚家族（4）与S亚家族（19）,基因结构进化高度保守。保守元件分析表明,MdbZIP基因家族包含30个保守元件：元件1为bZIP保守结构域;在D亚家族发现的元件10与G亚家族发现的14为已知元件,另外多数元件功能未知。通过Microarray分析显示,多个MdbZIP均可能与芽休眠的解除相关。qRT-PCR结果显示在不同品种中A亚家族8个MdbZIP均呈现出ABA诱导表达,而D亚家族中随着冷处理时间延长,在需冷量不同的品种中出现多种表达模式。【结论】苹果bZIP基因家族结构高度保守,在ABA与冷处理下呈现不同表达模式,可能参与调控苹果芽休眠进程。     

苹果TCP转录因子家族生物信息学分析

TCP蛋白家族是一类植物特有的转录因子家族,参与多种生理生化过程,具有重要的调控作用。本文利用生物信息学方法对苹果TCP转录因子家族成员、基因分类、基因结构、染色体定位、系统进化关系和结构域序列保守性进行了预测和分析。结果表明,苹果TCP基因家族包含52个成员,分为3类:ClassⅠ、ClassⅡ和ClassⅢ;MdTCP蛋白含有115~612个氨基酸,等电点为5.41~10.65;除3号染色体外,其余16条染色体均有MdTCP基因分布,其中5号染色体最多,有7个。     

红树莓CPP转录因子家族的生物信息学及表达分析

为探索CPP转录因子家族在红树莓果实中的功能,本研究通过生物信息学技术与表达分析结合的方法,在‘海尔特兹’红树莓转录组数据库中检索到的CPP转录因子家族进行生物信息学分析、转录表达量分析和qRT-PCR表达分析。结果表明：红树莓CPP基因家族包括4个成员,相对分子质量在47 175.57～86 763.46 kD之间,等电点在5.83～9.20之间,为不稳定、亲水性的蛋白质,无信号肽,定位于细胞核,无跨膜结构,含有2个CXC保守结构域,结构主要由无规则卷曲构成,含有8～12个外显子,7～8个保守基序,与拟南芥的CPP基因亲缘关系较近,含有生长素、脱落酸、赤霉素、水杨酸、防御和应激、干旱诱导等顺式作用元件,转录表达和qRT-PCR表达均分析发现RuCPP-1和RuCPP-4基因在青果时期的表达量最高,RuCPP-2和RuCPP-3基因分别在红果和深红果时期的表达量最高,推测RuCPP基因家族可能参与调控生长素、脱落酸、赤霉素、水杨酸等反应。     

细叶百合DREB转录因子生物信息学及胁迫应答表达分析

DREB转录因子是AP2/ERF家族的主要成员,在植物应对非生物胁迫中发挥重要作用。目前还没有针对细叶百合DREB转录因子家族的系统分析。本研究基于细叶百合(根、茎、叶)转录组数据筛选出12个DREB转录因子,命名为LpDREB1-LpDREB12,并对其进行生物信息学及不同组织在胁迫下的表达模式分析。结果表明,细叶百合DREB蛋白多为不稳定蛋白且具有一定亲水性,α螺旋和无规则卷曲是蛋白二级结构的主要组成部分。系统进化分析显示,12个细叶百合DREB转录因子同61个拟南芥DREB转录因子聚类到一起,说明细叶百合和拟南芥DREB家族成员具有较高的保守性。表达模式分析表明,在干旱、盐、低温及脱落酸胁迫下12个细叶百合DREB基因的表达均有组织特异性。研究结果丰富了细叶百合DREB基因数据库,为挑选优质抗逆基因提供了理论依据。     

苹果果实HD-ZipⅠ转录因子亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子在调控苹果果实成熟衰老过程中起到至关重要的作用。利用生物信息学方法从苹果基因组数据库筛选出22个HD-ZipⅠ转录因子家族成员并进行分类。通过对不同组织基因表达特异性分析,筛选出6个在成熟果实中表达的基因,进一步分析其在果实成熟贮藏过程中的表达差异。实时荧光定量PCR分析结果表明,在‘富士’果实采后贮藏过程中,有3个家族成员的表达与乙烯存在不同程度的联系,其中MdHZ 6在果实常温贮藏中的表达与内源乙烯含量变化有较高的相关性,且均在35d达到峰值;MdHZ 15和MdHZ 17在内源乙烯高峰之前有显著上调,预测三者与苹果的成熟衰老相关。     

抗逆性转录因子NAC的生物信息学分析

根据在NCBI中已登录的植物转录因子NAC家族中与抗逆性有关成员的核苷酸序列和氨基酸序列,应用生物信息学软件分析了其理化性质、疏水性/亲水性、跨膜结构、二级结构、功能结构域等,并构建了这类NAC家族成员的系统进化树.结果表明,17种NAC成员的蛋白质一级结构中存在明显的疏水区和亲水区,都存在明显的α--螺旋和β折叠.二级结构组成上相似,都由α-螺旋、β折叠和无规则卷曲组成.这些成员都能够通过同源建模分析NAC蛋白质的三维结构.进化分析表明,它们主要分成4大类群.通过多序列比对得到了这些成员的保守区段,并设计了简并引物.     

ARF类转录因子GhARF3的生物信息学分析

运用生物信息学方法对棉花GhARF3基因序列进行BLAST分析、结构域分析、进化树分析、编码蛋白质的理化性质分析、疏水性分析、二硫键分析、磷酸化位点分析、二级结构以及三级结构的预测、亚细胞定位和蛋白质功能分类预测等分析。分析结果表明GhARF3具有ARF类转录因子的特性,可能参与棉花纤维发育的调控。为进一步研究GhARF3基因功能提供理论指导。     

植物MADS-box转录因子参与调控非生物胁迫的研究进展

介绍了MADS-box转录因子的命名、分布、分类及结构,概述了近年来MADS-box转录因子参与调控水稻、玉米和番茄等植物对非生物胁迫(干旱、高盐、高温、低温等)响应方面的研究进展,并对MADS-box的家族成员进行了系统进化树分析,以期为进一步鉴定MADS-box家族转录因子的生物学功能和抗性植株的培育提供参考。     

苹果NLP（Nin-Like Protein）转录因子基因家族全基因组鉴定及表达模式分析

【目的】探究苹果NLP转录因子全基因组特征与表达模式,以便更深入地了解其结构特点与作用机制。【方法】基于本地BLAST数据库和Pfam数据库两大数据库,运用blastp和hmmsearch两种查询策略,对苹果全基因组范围内的NLP转录因子家族成员进行鉴定。经过严格筛选与确认后,对搜索结果进一步展开分析,主要分为3部分,包括NLP蛋白分析、NLP分析与苹果NLP表达分析,其中ProtParam、Clustal Omega、MEGA7、MEME 5.0.2、SOPMA、Phyre ²、WoLF PSORT、STRING等程序或软件用于蛋白质分析,基因分析使用MG2C、GSDS 2.0、PlantCARE、psRNATarget等在线工具,对于苹果NLP表达情况利用qRT-PCR进行定量检测。【结果】从苹果全部蛋白数据库中共筛选出6个NLP成员,系统进化分析可将它们分为I、II、III三类;蛋白二级结构以无规则卷曲为主,其次是α-螺旋,占比最小的是β-转角;亚细胞定位预测均定位于细胞核中,符合转录因子的特征;染色体定位显示5个基因（MDP0000584547除外）定位于4条染色体上;启动子分析发现大量与激素和逆境响应相关的顺式作用元件,暗示它们可能参与到激素和逆境信号的调控过程中,此外还识别到一个响应氮的GCN4作用元件,进一步说明该类转录因子与氮素有密不可分的关系;通过定量检测揭示苹果NLP家族在茎、叶等组织高表达的特征模式,并且表达分析结果也证实苹果NLP响应氮饥饿、干旱胁迫等。【结论】通过对苹果全基因组的分析,共识别6个NLP转录因子,对6个基因的结构与蛋白保守域分析,发现它们之间具有极高的相似性、保守性,同时又存在差异。类比拟南芥NLP蛋白的关联网络,推测与拟南芥NLP7同源性最高的MDP0000132856可能也具有复杂的功能。     

Bioinformatics and Expression Analysis of the LIM Gene Family in Apple

【Objective】 In order to lay a basis for the further functional research and application of MdLIM genes, this study were carried out to analyze the bioinformatics (e.g promoter action element, conserved domain, gene clustering, gene structure, chromosome localization) and expression of the LIM gene family in apple. 【Method】Based on the apple genome database GDR and PLAZA, the members of LIM gene were identified. The MdLIM amino acid sequence prediction, subcellular localization prediction, LIM domain analysis, and phylogenetic tree the gene structure were completed by ExPASy Proteomics Server, Cell-PLoc, CD-Search Tool, MEGA7, and GSDS, respectively. In addition, the expression pattern of MdLIM genes in different tissues and in peels with different degree of fruit russeting in samples was analyzed by real-time qRT-PCR.【Result】A total of eleven MdLIM genes were identified from apple genome. These MdLIM proteins contained 96-222 amino acid residues with isoelectric points ranging from 6.14 to 9.01. The results of subcellular localization showed that the apple LIM proteins were distributed in the nucleus. Analysis of promoter showed these 11 MdLIM genes contained cis-acting elements related to hormone responses, environmental adaptability and adversity induction. Conserved domains showed that ten MdLIM proteins had double LIM domains except MdLIM8. According to the phylogeny relationship, MdLIM genes were divided into four categories. The expression patterns of the 11 MdLIM genes in flowers, leaves, fruit peels and stems were determined by real-time RT-PCR, and the results showed that their diverse and specific expression could be detected in all of the four tissues, suggesting that they might play different roles in different tissues. 【Conclusion】Eleven MdLIM genes were identified from the whole genome of apple, and they could be divided into four groups, and distributed on 7 chromosomes with diverse and specific tissues expression patterns.     

苹果LIM基因家族生物信息学及表达分析

【目的】在苹果全基因组中鉴定LIM,通过分析启动子作用元件、保守结构域、基因聚类、基因结构、染色体定位以及组织表达模式,为研究和利用苹果LIM奠定基础。【方法】利用苹果基因组数据库GDR和PLAZA,获得苹果LIM家族成员并进行编号。苹果LIM蛋白氨基酸序列的基本信息通过ExPASy Proteomics Server进行预测,利用Cell-PLoc进行亚细胞定位预测,利用CD-Search Tool进行LIM结构域分析,采用MEGA 7软件构建进化树,采用GSDS绘制基因结构,并利用TBtools软件对鉴定得到的MdLIM进行染色体定位,通过实时荧光定量RT-PCR对MdLIM的组织表达进行分析,并利用SPSS 18.0软件分析差异显著性。【结果】共鉴定得到11个苹果LIM家族成员,这些MdLIM蛋白包含96—222个不等的氨基酸残基,等电点分布在6.14—9.01。亚细胞定位结果显示,MdLIM蛋白在细胞核中均有分布。启动子作用元件分析表明,11个MdLIM启动子上分布有响应激素、环境适应性和逆境诱导的元件。蛋白保守结构域分析表明,11个MdLIM蛋白中除MdLIM8具有单LIM结构域外,其余10个均具有双LIM结构域。根据聚类分析结果可将MdLIM分为4组。染色体定位结果显示,MdLIM分布在苹果17条染色体中的7条,且MdLIM在7条染色体上的分布不均匀。花、叶、果皮和茎中的实时荧光定量RT-PCR结果显示,4个组织中均能检测到MdLIM的表达,且表达量具有一定差异。【结论】苹果LIM基因家族包括11个成员,进化上可分为4组,11个基因分布于7条染色体上,在不同组织中的表达具有多样性和特异性。     

苹果WRKY基因家族生物信息学及表达分析

【目的】鉴定苹果（Malus domesticaBorkh.）基因组上132个WRKY基因,为研究苹果WRKY转录因子在非生物和生物胁迫以及生长和发育过程中的调控作用奠定相关理论基础,也为进一步分析苹果WRKY基因提供信息。【方法】利用HMMER 3.0软件,通过WRKY保守域全蛋白序列PF03106用于鉴定苹果WRKY基因。采用WebLogo 3、DNAMAN 5.0、MapInspect、MEME和MEGA5.1等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用RT-PCR技术检测苹果WRKY基因的组织表达情况。【结果】鉴定得到132个苹果WRKY基因。分组鉴定和进化树分析结果显示,苹果WRKY蛋白分为I、II和III类型,I组共有24个成员可进一步分为I-C和I-N亚组,其锌指结构是C₂H₂类型（CX₄CX_22-23HXH）。II组含有1个WRKY区域共有79个成员,可进一步分为II-a、II-b、II-c、II-d和II-e亚组,分别有8、12、31、14和14个成员,其锌指结构为C₂H₂类型（CX_4-5CX₂₃HXH）。III组共有29个成员,其锌指结构为C₂HC类型（CX₇CX_23-24HXC）;WRKY结构域分析显示,其高度保守,绝大多数都含有WRKYGQK七肽和锌指结构;染色体定位分析显示,苹果WRKY分布于苹果17条染色体中,呈不均匀分布。染色体1和9上分布最多,为13个;其次是染色体12,分布12个;染色体2、5和14分布最少,为4个;基因结构分析表明,MdWRKY基因家族多数由2-5个外显子组成,基因结构进化高度保守;保守元件分析表明,MdWRKY基因家族包含10个保守元件：元件1-6为WRKY盒;元件7-10为未知盒。MdWRKY基因家族都包含有WRKY盒,I组中含有2个WRKY盒,II-a和II-b亚组中含有未知元件8,III组中含有未知元件7和9。半定量结果显示,12个MdWRKY均在根、茎、叶、花和果中表达,且呈现出多种相对表达模式。【结论】苹果WRKY基因家族结构高度保守,可能参与调控苹果生长和发育等过程。     

苹果LysM基因家族的生物信息学及表达分析

【目的】在苹果全基因组中鉴定LysM,通过基因聚类分析、染色体定位、结构分析以及组织表达分析,为苹果LysM的功能研究和利用奠定基础。【方法】利用已公布的苹果基因组数据库GDR和FEM-IASMA,鉴定苹果LysM基因家族成员,并对其进行编号。MdLysM蛋白氨基酸序列的基本信息通过ExPASy Proteomics Server进行预测,亚细胞定位的预测利用WoLF PSORT进行。采用MEGA5软件构建了进化树。应用Plaza程序绘制基因结构,染色体定位信息取自GMDO,鉴定出的39个基因的染色体定位作图使用MapInspector完成;另外,通过实时荧光定量RT-PCR对各基因的组织表达特性进行分析,差异显著性分析通过SPSS完成。【结果】系统地鉴定了39个苹果LysM家族成员。这39个MdLysM蛋白包含241至1 119个不等的氨基酸残基,等电点分布在4.70-9.60范围内。亚细胞定位结果表明,苹果LysM蛋白在细胞核、细胞质、叶绿体、液泡、胞外基质中均有分布。根据聚类分析可将这些基因分为A、B和C 3组,且A组又可进一步被分为Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 3个亚族,说明它们的功能可能已经发生了分化。MdLysM蛋白结构域的预测结果及基因结构分析结果均与进化树聚类结果吻合。染色体定位表明,MdLysM分布在苹果17条染色体中的13条上,且此家族的基因在13条染色体上的分布为非均匀的,其中以4号染色体上分布最多,达到了9个,而1、5、7和8号染色体上则未见分布。在苹果LysM家族中鉴定出了10对和1组旁系同源基因,MdLysM基因间存在串联重复和片段重复,它们是苹果LysM家族扩张的主要动力。对39个基因在根、茎、叶、花、果5个组织器官中的实时荧光定量RT-PCR结果显示,5个器官中均能检测到MdLysM的表达,这些基因的组织表达模式具有多样性,表明它们在不同组织中可能扮演不同的角色。【结论】苹果LysM基因家族拥有39个成员,进化上可分为3组,基因结构的复杂程度与进化树聚类存在联系。39个基因分布于13条染色体上,存在重复事件。这些信息为今后苹果LysM基因家族的功能研究奠定了基础。     

甜橙bHLH转录因子家族的鉴定及生物信息学分析

bHLH转录因子家族是第2大转录因子家族,广泛存在于微生物、植物以及动物中。以甜橙为试验材料,通过全基因组数据库搜索鉴定,对bHLH基因进行了理化性质、系统发育、染色体分布、保守基序、蛋白互作生物信息学分析,探讨它们在不同组织的表达情况。结果表明：共鉴定出126个bHLH基因,其中112个不均匀的分布于9条染色体上,14个分布位置尚未确定;系统发育分析表明甜橙bHLH基因家族可分为16个亚家族,并且给定亚家族中的大多数基因具有相似的基因结构和保守基序。在甜橙中,多个bHLH基因相互作用共同调控其开花、光的形态发生和花色素苷合成等过程;大多数的CsbHLH基因在愈伤组织、叶、花和果实中均有表达。本研究为CsbHLH基因的功能研究奠定了基础,并有助于bHLH基因在其他植物物种中的功能研究。     

甜菜WRKY转录因子全基因组鉴定及其在非生物胁迫下的表达分析

【目的】WRKY转录因子是一类植物响应生物、非生物胁迫,对生长发育都起重要调控作用的转录因子。在甜菜全基因组信息分析的基础上,鉴定WRKY家族基因(Bv WRKYs),解析其组织特异性及盐、热胁迫下的表达情况,为该类基因的功能研究提供参考,为观赏甜菜和石竹目其他观赏植物的基因工程打下基础。【方法】以75条拟南芥WRKY蛋白为参考,根据WRKY保守蛋白序列(PF03106)利用hmm和BLAST同源性搜索对甜菜WRKY家族基因进行鉴定。利用Map Inspect、GSDS2.0、MEGA5.0、DNAMAN5.0、Web Logo 3、MEME生物信息学工具对甜菜WRKY家族基因染色体定位、系统发生关系、基因结构、蛋白质保守结构域、保守元件进行预测和分析。利用RNA-seq和q RT-PCR分析甜菜WRKY组织表达特异性,盐胁迫、热胁迫条件下WRKY表达情况。【结果】甜菜WRKY家族基因包含40个成员,其中39条不均匀地分布在9条染色体上,另外1条定位到随机片段上。根据WRKY保守域特征并与拟南芥WRKY蛋白进化分析,可将40个成员分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3类,Ⅰ类有9个成员,Ⅱ类有26个成员,Ⅲ类有5个成员。根据进化关系Ⅱ类可进一步分为Ⅱa(1个)、Ⅱb(4个)、Ⅱc(9个)、Ⅱd(5个)和Ⅱe(7个)5个亚类。基因结构分析发现,甜菜WRKY外显子和内含子数目具有高变异性(2—7个外显子),即使同一亚类内也都差异较大。保守元件分析显示同一类或亚类内成员具有相同的保守元件。WRKY保守域分析发现2个WRKY七肽域变型:WRKYGKK和WRKYGEK。每个WRKY至少在2个组织中表达,30个WRKY在叶中表达,40个WRKY在花序中均有表达,36个WRKY在幼叶中有表达,38个WRKY在直根中有表达,39个WRKY在幼苗中有表达,36个WRKY在种子中有表达。各WRKY表达量差异较大,可分为低表达、高表达基因两类,如Bv WRKY23、Bv WRKY3、Bv WRKY11、Bv WRKY7、Bv WRKY6、Bv WRKY26、Bv WRKY4、Bv WRKY40、Bv WRKY24、Bv WRKY2和Bv WRKY28在各组织中均有较高表达,而Bv WRKY38、Bv WRKY13、Bv WRKY36、Bv WRKY35、Bv WRKY5和Bv WRKY34在各组织中均表达较低。热胁迫条件下Bv WRKY16、Bv WRKY21、Bv WRKY20、Bv WRKY22、Bv WRKY32、Bv WRKY33和Bv WRKY34上调表达;盐胁迫条件下Bv WRKY1、Bv WRKY6、Bv WRKY19、Bv WRKY31和Bv WRKY33呈现不同程度上调表达;Bv WRKY33对热、盐2种胁迫均有明显响应。【结论】甜菜WRKY蛋白结构高度保守,基因序列长度和内含子数量变化很大,在不同组织中呈现出多种表达模式,部分WRKY响应热或盐胁迫,对甜菜逆境生理调控起重要作用。