铁十字秋海棠GASA家族全基因组鉴定及叶斑形成的初步探索

为了解铁十字秋海棠（Begonia masoniana）中Gibberellic Acid-stimulated Arabidopsis(GASA)基因家族的功能，采用生物信息的方法鉴定铁十字秋海棠GASA家族成员，并分析其在不同组织器官以及赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、生长素（auxin）等处理后的基因表达模式。结果显示，铁十字秋海棠含10个GASA家族成员，可分为4个亚家族，其蛋白结构特征是含2～3个保守motif,1个GASA保守结构域；其基因结构特征是含0～10个内含子，不同成员之间内含子数差异明显。该家族基因启动子含有大量光响应元件和激素响应元件。基因家族成员在各组织器官中广泛表达，但差异较大；对外源GA、ABA、SA、MeJA以及auxin等响应差异明显，可能参与了不同组织器官生长发育以及各种生物或非生物胁迫响应过程，其中BmaGASA7可能在叶斑形成过程中发挥重要作用。     

苹果WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族基因的鉴定与分析

利用生物信息学方法和苹果基因组数据库,鉴定并分析了12个苹果WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族基因。系统进化树分析表明,苹果WOX家族和拟南芥WOX家族可被分为现代分支(WUS分支)、中间分支和祖先分支;苹果WOX家族成员均含有1个motif-1,不同分支的成员含有其分支特异的motif;基因结构分析显示,苹果WOX家族基因含有2～4个外显子,染色体定位发现11个基因分别定位在苹果的7条染色体上,1个基因无准确定位。基因表达模式分析表明,12个基因在苹果各组织中均有表达,且在果实中的表达量较高;密码子偏好性分析显示,苹果WOX家族基因的偏好性较弱。     

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。     

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qRT-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VvLIM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。qRT-PCR分析发现,VvLIM1在100 mmol ? L-1 NaCl、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。     

龙眼GDSL酯酶/脂肪酶基因的全基因组鉴定及表达分析

基于第三代龙眼基因组数据库及其转录组数据库,通过生物信息学分析对龙眼GDSL酯酶/脂肪酶家族进行全基因组鉴定。结果显示龙眼GDSL(Dl GDSL)家族共有118个成员,分为15个亚家族,亚细胞定位显示主要分布于细胞外基质中。染色体位置及共线性基因分析表明,118个Dl GDSL基因中有111个定位在15条龙眼染色体上,包括13对共线性基因。基因结构和蛋白质保守基序分析表明该家族的外显子在2～12之间,且motif2和motif3是Dl GDSL家族中尤为重要的保守基序。启动子顺式作用元件分析表明,启动子序列中包含众多光响应、激素应答、无氧诱导、胁迫响应和昼夜节律等响应元件,且大部分成员都含有茉莉酸甲酯(Me JA)、脱落酸(ABA)、生长素(IAA)和赤霉素(GA)等激素应答作用元件。FPKM值分析发现从胚性愈伤组织到球形胚阶段有26个差异表达的基因,提示Dl GDSL家族部分成员可能在龙眼体胚形态建成中发挥重要作用。q RT-PCR分析表明,在外源ABA和Me JA处理下龙眼胚性愈伤组织中,Dl GDSL家族部分成员可能与ABA、Me JA等激素信号转导相关。     

龙眼DRB家族全基因组鉴定及其表达分析

为了解龙眼中双链RNA结合蛋白家族(DRB)的潜在功能,采用生物信息学方法鉴定龙眼DRB基因家族成员,并分析其在龙眼体胚发生早期、不同组织部位和外源脱落酸、水杨酸、茉莉酸甲酯处理下的表达模式.结果 显示:龙眼DRB家族的8个成员分布在5个亚组中,并且都具有2～3个双链RNA结合结构域,内含子数1～7;龙眼DRB家族含有...     

柑橘属SAUR基因家族的全基因组鉴定及表达分析

分析SAUR（Small auxin up-regulated RNA）基因家族在不同柑橘基因组中的数量、连锁群分布、基因结构、系统进化、基因表达模式等,从香橼、柚、莽山野橘和克里曼丁橘等基因组中分别鉴定到69、62、58和70个SAUR基因。SAUR在基因组上分布不均,呈现明显的串联重复现象,基因家族成员的差异可能是由于串联重复和染色体大片段复制引起。大多数柑橘SAUR基因不含内含子,含有SAUR特有的4个保守motif。系统进化树分析显示,来源于拟南芥、水稻、番茄、马铃薯和柑橘的629个SAUR基因分为9组,每一组都含有5个物种的家族成员,并且同一个物种的SAUR基因具有较近的遗传距离。顺式元件分析表明,CclSAUR基因家族成员的上游序列含有光响应、转录因子结合、激素响应、伤害响应、低温响应、玉米素代谢和类黄酮生物合成相关的元件。qRT-PCR分析结果显示,大多数CclSAUR都能响应外源IAA和低温处理。     

辣椒β–酮脂酰辅酶A合酶基因家族的鉴定与表达分析

为深入了解β–酮脂酰辅酶A合酶(β-ketoacyl-CoAsynthase,KCS)基因家族在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学方法鉴定所有KCS基因家族成员,对基因染色体定位、系统发育关系、基因结构、蛋白保守基序和组织表达模式等进行分析,并通过qRT-PCR方法检测基因在高温、低温和NaCl胁迫下的响应。从辣椒基因组中共鉴定出22个KCS家族基因,其不均匀地分布在辣椒的9条染色体上;系统发育分析表明辣椒KCS基因家族可分为4组,每组含有不同数量的基因;该家族成员含有0~3个内含子,保守基序有6~14个;KCS家族基因具有不同的表达模式;高温、低温和NaCl处理可以抑制或激活该家族成员的表达。     

葡萄生长调控因子GRF家族基因的鉴定及表达分析

开展葡萄生长调控因子GRF(Growth-regulating factor)家族成员的基因结构、蛋白保守基序、亚细胞定位预测、同线性、系统进化树及顺式作用元件等分析；利用qRT-PCR技术开展有核和无核葡萄不同组织器官、种子发育不同时期及激素响应表达模式分析。葡萄GRF家族共有8个成员，其中7个分布于6条染色体，编码氨基酸数为213～604，所有成员均定位于细胞核。根据进化关系分为4组(A～D)，同组VvGRF的外显子—内含子结构、保守基序数和类型均具有保守性。所有葡萄GRF蛋白N端均含有QLQ和WRC保守结构域，C端至少含有TQL或FFD结构域之一。同线性分析发现，VvGRF3和VvGRF4存在并联重复。VvGRF启动子区发现大量与生长发育、激素响应及胁迫响应相关顺式作用元件。大部分VvGRF在营养器官叶片中高表达，VvGRF2在生殖器官花和果实中高表达；VvGRF3和VvGRF6在无核葡萄种子发育过程中表达量显著高于有核葡萄，而VvGRF8在有核葡萄种子发育前期表达量显著高于无核葡萄；VvGRF响应GA₃和IAA诱导，且大部分基因在处理0.5或1 h后下调。     

睡莲WRKY家族的全基因组鉴定和分子进化分析

在睡莲中共鉴定出69个NcWRKY转录因子，将其分成3个亚家族，即Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，其中Ⅱ亚家族可进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe，与拟南芥中WRKY亚家族分类相同。Ⅱc亚家族中含有17个成员，是睡莲WRKY家族中成员数最多的亚家族。所有成员的蛋白质二级结构中无规则卷曲所占比例高达为39%～78%。motif 1和motif 3被注释为WRKY保守结构。NcWRKY成员在睡莲14条染色体中均有分布，其中Ⅱa亚家族中所有成员都定位在Nc4号染色体。启动子顺式调控元件分析发现，NcWRKY成员广泛参与激素调控反应，通过不同组织中表达量分析筛选出在成熟叶柄中高表达的NcWRKY04与NcWRKY18，在花瓣中高表达的NcWRKY05和在雄蕊中高表达的NcWRKY61。基因复制事件分析发现，NcWRKY家族主要以片段复制事件为主。基因表达网络关系分析预测NcWRKY61和NcWRKY63可能与其他成员有共表达关系。     

Genome-wide analysis of antioxidant enzyme gene families involved in drought and low-temperature responses in Apple (Malus domestica)

Antioxidant enzymes were well-known for reactive oxygen scavenging and protecting cells from oxidative damage in multiple biotic and abiotic stresses. Aimed to overview of antioxidant enzyme gene families and screen for drought and low-temperature response members, the whole apple antioxidant enzyme genes in apple genome were studied. Out of 73candidates in seven antioxidant enzyme gene families among the entire apple genome, a total of 49 genes were identified, showed more antioxidant enzyme gene members than those in other plant species. A phylogenetic tree based on predicted functional domains and motifs of apple and Arabidopsis antioxidant enzymes revealed 19 putative drought or low-temperature response genes, and 9 out 19 genes belong to five families responded to both drought and low-temperature stresses. Subsequently, cis-elements in those nine antioxidant enzyme gene promoters were examined and abundant elements involved in multiple hormone regulation and abiotic stresses response, including drought and low-temperature were found. The tissue expression specificity for those nine members in eight kinds of tissues was also examined. Screening and identifying both drought and low-temperature response genes provide useful information to understand gene functions and promote application of antioxidant enzyme genes in apple abiotic resistance breeding.     

茶树CsTIFY家族全基因组鉴定及非生物胁迫和激素处理中主要基因表达分析

TIFY转录因子是陆地植物特有的转录因子,按照结构域特征共分为4个亚家族TIFY、PPD、JAZ、ZML,调控植物的生长发育过程.以茶树TIFY转录因子为研究对象,从茶树基因组数据库中共鉴定了22个CsTIFY转录因子家族成员,都包含了TIFY结构域.基因结构分析发现,大部分CsTIFY家族成员外显子数在5到12之间,...     

茶树脂肪酸去饱和酶家族基因的克隆与表达分析

以茶树品种‘铁观音’为试材,利用RT-PCR技术克隆得到5个脂肪酸去饱和酶（fatty acid desaturase,FAD）家族基因的cDNA序列,分别命名为CsFAD2-2、CsFAD3、Δ7-CsFAD、Δ8-CsFAD和CsFAB2,其编码序列长度1 137 ~ 1 320 bp。系统发育与基序分析结果表明,茶树FAD成员来自4个亚家族,即ω3/ω6-FAD亚家族、Δ7/Δ9-FAD亚家族、Front end FAD亚家族和FAB亚家族。同一亚家族成员的保守基序一致,而不同亚家族的保守基序存在较大不同。荧光定量PCR结果表明,5个CsFAD家族基因都显著响应低温诱导,Δ8-CsFAD对低温胁迫响应最强烈,表达水平上调千倍;外源ABA处理后,除CsFAD3外,其他4个CsFAD基因的表达均上调2倍以上;干旱胁迫下,5个CsFAD中CsFAD2-2、Δ7-CsFAD和Δ8-CsFAD表达水平都上调1.5倍以上,其中Δ8-CsFAD的表达上调最大,达5.5倍,而CsFAD3和CsFAB2的表达受到干旱处理抑制显著下调。克隆并分析Δ8-CsFAD启动子,发现存在多种与逆境胁迫响应相关的顺式元件。烟草亚细胞定位观察表明Δ8-CsFAD定位于细胞膜。根据上述结果推测5个CsFAD可能参与茶树抗逆响应,尤其是Δ8-CsFAD,可能通过调控茶树细胞膜不饱和脂肪酸的合成进而影响茶树的抗逆性。     

香蕉漆酶基因家族鉴定及低温胁迫下的表达分析

为研究香蕉漆酶基因家族成员的功能,采用生物信息学方法鉴定香蕉漆酶基因成员,分析其低温胁迫下的表达情况,为香蕉抗寒研究提供理论依据。从香蕉A（Musa acuminata）基因组筛选了22条漆酶基因（MaLAC）,从香蕉B（Musa balbisiana）基因组筛选了11条漆酶基因（MbLAC）,通过生物信息分析发现MaLAC比MbLAC更保守。分子进化树分析结果表明MaLAC可分为5类,MbLAC可分为4类。启动子顺式作用元件分析结果表明,MaLAC启动子序列包含大量光响应、激素应答及非生物胁迫等应激响应元件,推测MaLAC基因家族在响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用。利用qRT-PCR技术对MaLAC部分成员在响应不同低温胁迫的表达情况进行分析,MaLAC3-2、MaLAC4、MaLAC4-5、MaLAC17在低温（13、4、0 ℃）处理下表达量均极显著高于对照（28 ℃）,推测可能在香蕉响应低温胁迫的过程中发挥重要作用。预测香蕉MaLAC家族有18个成员受miRNA调控,主要受miR397和miR408的调控;推测香蕉MaLAC可能参与miRNA调控途径。     

石斛JmjC基因家族的鉴定及响应不同光周期的表达分析

利用生物信息学方法对石斛组蛋白去甲基化关键酶基因JmjC进行全基因组鉴定，通过qRT-PCR检测DoJMJ组织表达模式及对不同光周期的响应。结果表明，在铁皮石斛（Dendrobium officinale）基因组上共鉴定到17个JmjC，保守结构域分析结果显示，该家族蛋白划分为5个亚家族（JARID1、JHDM3、JHDM2、JMJD6和JmjC-only），各亚家族所含保守结构域数量不等；基因结构分析发现，各亚家族的外显子和内含子数量有所差异，同一亚家族具有相似的外显子/内含子结构；启动子顺式作用元件分析发现DoJMJ家族成员启动子区域有诸多Auxin、ABA、GA、MeJA、SA等激素响应元件及光、干旱、低温、防御和胁迫等环境信号响应元件；qRT-PCR数据表明，金钗石斛（Dendrobium nobile）中该家族10个成员在茎和叶片中表达量较高，少数成员在根中的表达较高，所有成员在果实中表达均较低，推测DoJMJ主要在茎和叶片发育过程发挥作用；此外，该家族成员在不同光周期下呈现不同的表达模式，11个成员在12 h（光照）/12 h（黑暗）下表达量较高，少数成员在4 h/20 h、8 h/16 h、24 h/0 h光周期下高表达。     

苹果全基因组CRF家族成员鉴定及在不定根发育过程中的表达分析

通过生物信息学分析,从‘金冠’苹果基因组鉴定得到了11个细胞分裂素响应因子（CRF）基因。根据基因在染色体上的位置,将其依次命名为MdCRF1 ~ MdCRF11,并对其进行理化特性、基因结构、系统进化和启动子元件分析。MdCRF编码的蛋白在137 ~ 435 aa之间,等电点在4.26 ~ 9.68之间。基因结构分析发现,MdCRF1有2个外显子1个内含子,MdCRF11有3个外显子2个内含子,其余基因都只含有外显子,没有内含子;保守基序列分析发现,MdCRF蛋白的保守基序数量在5 ~ 9。通过系统进化分析将家族成员分为G1、G2和G3共3个亚组,每个亚组内成员数量相对均匀。组织特异性表达分析发现11个基因在不同杂交种苹果和不同器官中的表达量存在明显差异。以苹果砧木‘T337’为材料,qPCR验证了MdCRF家族基因大部分在根、茎、愈伤组织中高表达,同时也响应生根处理表达量发生显著下调。对11个MdCRF蛋白之间的网络调控关系进行了研究,分析预测了相关基因间的潜在联系。结合分析可知,其中MdCRF8、MdCRF10和MdCRF11可能参与调控苹果砧木不定根发育。     

中国水仙R2R3-MYB基因NtMYB5的克隆和功能研究

为研究中国水仙（Narcissus tazetta var. chinensis）中类黄酮代谢途径的调控网络,从其转录组中筛选出1条R2R3-MYB基因并从花瓣cDNA中克隆其编码区全长序列,命名为NtMYB5。NtMYB5开放阅读框为681 bp,编码226个氨基酸。蛋白多重序列比对分析发现NtMYB5含有R2和R3结构域以及1个pdLNLD/ELxiG/S氨基酸基序;系统进化树分析表明,NtMYB5与花青素合成抑制因子亲缘关系最近;通过对NtMYB5在中国水仙中的表达检测发现,其表达量在花器官中较高,且随花开放逐渐上升;在烟草瞬时表达中,NtMYB5显著抑制花青素合成促进因子StMYB的效果;转NtMYB5烟草花瓣颜色变浅,qPCR检测表明NtMYB5抑制类黄酮代谢途径大部分结构基因表达。NtMYB5为中国水仙中花青素合成抑制因子。     

辣椒TPS家族成员的鉴定与CaTPS1的表达分析

利用生物信息学方法,从辣椒全基因组数据库中共鉴定出11个辣椒TPS基因,除Ca TPS3含有1个TPS和2个TPP结构域外,其余分别含有1个TPS和1个TPP结构域。11个Ca TPS分为2类,ClassⅠ包含3个基因(Ca TPS1~Ca TPS3),分别含有16、16和13个内含子,Ca TPS1和Ca TPS2含Motif 1~Motif 5各1个,而Ca TPS3含有2个Motif 4和1个Motif 3。ClassⅡ包含8个基因(Ca TPS4~Ca TPS11),均含有2个内含子,且分别含Motif 1~Motif 6各1个。利用荧光定量PCR对Ca TPS1在辣椒组织表达的特异性和低温应答模式进行分析,结果表明:Ca TPS1在叶片中的表达量大约是根和茎中的5~6倍,说明Ca TPS1的表达具有明显的组织特异性;低温处理后Ca TPS1在根和茎中的表达高峰出现时间明显早于叶片,说明不同组织中Ca TPS1对低温胁迫的应答时间存在一定差异。