梨CDPK基因家族全基因组序列鉴定分析

CDPK是植物特有的一类丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶,在介导植物生育信号和逆境信号转导中具有重要作用。为揭示CDPK基因在梨生长发育与抗逆防御机制中的作用,本研究通过生物信息学手段,结合梨基因组注释信息,鉴定梨基因组中CDPK家族基因成员,利用MEGA6.0程序进行多序列比对、分类并构建系统进化树;利用per1程序以及GSDS工具进行基因结构与保守性分析,为植物CDPK基因功能分析与利用提供依据。结果表明,本研究成功鉴定出26个CDPK家族成员,根据系统发育树分析,所有Pb CDPK被分为4类;基因结构预测结果表明,大多数Pb CDPK均含有6~7个内含子;且预测的Pb CDPK氨基酸序列绝大多数含4个EF-hand功能域;为了深入分析梨与其他物种的同源进化关系,构建了梨与拟南芥、水稻的CDPK基因系统进化树,进化树聚类分析结果将所有的CDPK蛋白分为四类。综上所述,目前已初步获得26个梨CDPK基因,为在基因组范围内研究CDPK基因在梨生长发育与逆境响应中的功能奠定了基础。     

谷子WAK基因家族全基因组鉴定及表达分析

细胞壁关联蛋白激酶（Wall-associated kinases,WAKs）是一类独特的类受体蛋白激酶（Receptor like ki?nases,RLKs）,在寄主植物抗病反应中起着关键作用。为分析谷子WAK基因家族的特征及潜在功能,基于已研究发表的拟南芥、水稻WAK蛋白序列,通过同源序列比对的方法对xiaomi全基因组进行WAK基因家族鉴定,借助TBtools、MEGA等软件对谷子WAK基因理化性质、基因定位、系统进化、保守结构域、顺式作用元件进行分析。结果表明,共鉴定到谷子WAK家族成员41个,在谷子1～9号染色体上均有分布,编码590～1 131个氨基酸;蛋白质分子质量为65.62～123.36 ku,等电点为5.18～8.49;Si3g36660、Si7g23280、Si8g19780的蛋白表现为疏水性,其他蛋白均为亲水性;亚细胞定位预测结果显示,28个基因定位于质膜,6个基因定位于叶绿体,其他基因分别定位于高尔基体、液泡、内质网、细胞外基质。系统发育分析结果显示,谷子、拟南芥和水稻的WAK基因家族可分为5类,其中,Si1g24650与Os01g26174、Si1g123...     

谷子膜结合脂肪酸脱氢酶基因家族的鉴定及进化分析

以谷子基因组数据库为平台,借用生物信息学手段,对谷子膜结合脂肪酸脱氢酶(FAD)基因家族进行全基因水平上的鉴定及进化分析。结果表明,谷子中含有9个膜结合FAD成员,通过与拟南芥和水稻的膜结合FAD成员一起构建进化树,将其划分成4个亚家族,并发现第一类脱氢酶亚家族的基因在谷子中发生了缺失。此外,谷子膜结合FAD中各个亚家族的基因结构表现出一定的保守性,并且这种保守与其进化关系高度吻合;谷子中仅发现1对膜结合FAD复制基因SiFAD3.1/SiFAD3.2,且该次基因复制事件属于片段复制。研究结果可为谷子膜结合FAD家族的鉴定及分子进化研究提供重要的理论依据。     

谷子NBS-LRR类基因家族全基因组鉴定及表达分析

对谷子NBS-LRR类家族成员进行鉴定,并对其染色体分布、基因结构、保守基序、系统进化及表达水平进行分析,为NBS-LRR类家族基因在谷子抗病分子育种中的应用奠定基础。结果表明,共获得NBS-LRR类家族基因411个,其中含CN(CC-NBS)结构的基因376个,含CNL(CC-NBS-LRR)结构的基因33个,含TIR(Toll interleukin-1 receptor)结构的基因1个,仅含NBS结构的基因1个。多数NBS-LRR类家族基因定位在8号染色体。在谷子中NBS结构域存在4段保守序列,且该家族在系统进化中被分为3类,基因结构多样,保守基序Motif1结构最保守。有23个谷子NBS-LRR类基因与狗尾草存在共线性,21个与水稻存在共线性,仅1个与拟南芥存在共线性,其中Seita.8G088500和Seita.8G088400被鉴定为水稻抗稻瘟病的高度同源基因。谷子与水稻、拟南芥的共线性基因的Ka/Ks值均小于1;与狗尾草的共线性基因中,Seita.6G014500、Seita.6G023500的Ka/Ks值均大于1。表达谱分析表明,在谷子根和穗中高表达的NBS-LRR类基因数目较多,叶次之,幼芽中最少,表明该家族基因可能在根及穗抗病过程中发挥重要作用。     

黄藤Dof家族的全基因组鉴定及系统进化分析

为了揭示黄藤全基因组中Dof基因家族的生物学功能,利用生物信息学手段,对黄藤Dof基因家族进行了全基因组鉴定,并系统分析了黄藤与其他9个物种Dof基因家族分子进化关系。结果表明：黄藤基因组中含有25个Dof基因,亚细胞定位预测发现它们均位于细胞核,跨膜结构预测到黄藤所有的Dof蛋白成员均不具有跨膜结构;黄藤的Dof蛋白家族均为不稳定亲水蛋白,其二级结构由α−螺旋、无规则卷曲为主导,其三级结构主要由α−螺旋和β−转角进行复杂的空间构象变化组成;黄藤Dof蛋白成员的氨基酸个数为184到586 AA,pI范围为4.71～9.57;根据系统进化分析,黄藤Dof基因家族分为ClassⅠ −ClassⅣ共4个亚组, 其中ClassⅡ成员最多（8个）,约占总数的32%;其次是ClassⅣ（7个）、ClassⅠ（5个）和ClassⅢ（5个）;从组别上来看,ClassⅡ成员分化速度是最快的,与原始祖先的亲缘关系最远。从组中来看,ClassⅡ中成员DjDof9和DjDof10分化最快,与原始祖先的亲缘关系最远,DjDof12和DjDof24分化较慢,与原始祖先的亲缘关系相对较近;黄藤与拟南芥的进化关系表明两者亲缘关系不是很近;黄藤与其他9个物种的Dof 基因的系统进化分析表明黄藤与甘蓝型油菜和小麦有较近的亲缘关系,序列同源性也较高,与可可亲缘关系最远。     

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。     

梨树CDPK基因家族进化和表达分析

钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)在植物生长和发育、逆境信号刺激及其对病原物的防御反应过程中发挥着非常重要的作用。本研究利用梨树全基因组数据,采用生物信息学的方法,在全基因组水平上对梨树CDPK基因家族进行系谱进化关系、基因结构、共线性关系及表达情况等分析。结果表明,梨树基因组中共存在31个CDPK基因,命名为PbCDPK1~PbCDPK31。系谱分析结果表明,这些CDPK基因归属于4个亚家族。共线性分析检测到12对CDKP基因间存在显著的共线性关系,其中10对由最近一次发生的全基因组复制事件形成。非同义/同义置换率的比率(dN/dS)说明CDPK基因在功能上进化得非常保守。荧光定量PCR结果发现,5个梨树CDPK基因对干旱逆境有响应。试验结果可为进一步开展梨树CDPK基因家族的功能鉴定和分子进化机制的研究提供参考。     

梨CBL基因家族全基因组序列的鉴定及非生物胁迫下的表达分析

【目的】最近在植物中发现了一类Ca²⁺传感蛋白--类钙调磷酸酶B亚基蛋白CBL（calcineurin B-like proteins）,CBL及其靶蛋白CIPK（CBL-interacting protein kinase）构成CBL/CIPK信号网络系统,在植物干旱、盐渍、低温等逆境胁迫应答中起重要作用。鉴定梨基因组中CBL家族基因成员,对其基因进化、结构与表达特征进行分析,为植物CBL基因功能分析与利用提供依据。【方法】通过生物信息学手段,结合梨基因组注释信息,鉴定梨CBL家族成员序列信息;利用MEGA6.0程序进行多序列比对、分类并构建系统进化树;利用per1程序、GSDS工具以及Clustal X软件进行基因结构与保守性分析;通过qRT-PCR技术进行多种非生物胁迫处理下PbCBLs表达分析。【结果】成功鉴定出7个CBL家族成员,基因结构预测表明PbCBL9含5个内含子,其余PbCBLs均含有7-8个内含子;预测的PbCBLs均含4个EF-hand功能域,且相邻EF-hand功能域之间氨基酸数目非常保守;通过系统发育树分析,将7个PbCBLs分为2类;qRT-PCR技术进行不同胁迫处理下杜梨叶片PbCBLs的表达分析,结果表明,在NaCl胁迫下,PbCBL1表达量6 h降至最低,24 h则明显升高;与之相反,PbCBL2和PbCBL3的表达量在6 h达最高,24 h最低;PbCBL4和PbCBL8表达量在3 h明显增加,随后表达量下降;PbCBL9表现明显的上调趋势,24 h达到最大;PbCBL10则在6 h表达量最高。10%（w/v）PEG6000胁迫处理下,PbCBL2、PbCBL4和PbCBL8表达量上调,PbCBL1表达量下调;PbCBL3、PbCBL9和PbCBL10表达量均在6 h最低,12 h和24 h较6 h明显升高,PbCBL3和PbCBL10于24 h表达量达到最高,而PbCBL9在12 h表达量最高。4℃低温处理下,PbCBL2、PbCBL4、PbCBL8表达量上调;而PbCBL1和PbCBL3表达量下调;PbCBL9和PbCBL10表达量表现上下波动的变化趋势,均在3 h有明显增加,随后显著降低。42℃高温胁迫处理下,PbCBL1、PbCBL3和PbCBL4表达量下调;PbCBL2表达量整体上调,6 h达到最高;PbCBL8、PbCBL9和PbCBL10总体呈现相同的变化趋势,在3 h表达量达到最高,随后明显下降。ABA处理下,PbCBL3和PbCBL10表达量下调,PbCBL2与PbCBL8表达量上调;PbCBL1在6 h表达量最高;PbCBL4和PbCBL9表达量呈现相似的变化趋势,3 h明显升高,随后下降,24 h时最低。【结论】成功鉴定的7个候选PbCBLs中,2个基因（PbCBL8和PbCBL9）受盐胁迫诱导表达,3个基因（PbCBL2、PbCBL4和PbCBL8）分别受干旱、低温与ABA诱导表达。PbCBL2在高温胁迫下被强烈诱导可能意味着其在高温应答中发挥重要作用。     

羊草CDPK1基因的克隆及序列分析

羊草是一种优质的天然牧草,对于盐碱胁迫有着很强的耐受性。本研究通过羊草(Leymus chinensis)EST(Expressed Sequence Tags, ESTs)序列和RACE(Rapid-amplification of cDNA Ends, RACE)技术,获得了LcCDPK1基因序列,通过生物信息学分析,得到LcCDPK1的全长基因,含1 599 bp的开放读码框(Open Reading Frame, ORF),编码含有532个氨基酸的不稳定弱酸性亲水蛋白质,同时对得到的LcCDPK1基因进行了进化分析。本研究有助于了解LcCDPK基因家族的功能,为进一步应用LcCDPK基因进行植物的耐盐碱性遗传改良奠定了基础。     

谷子NF-YB基因家族的鉴定与生物信息学分析

为进一步明确谷子NF-YB基因家族结构的功能,研究利用生物信息学分析了谷子NF-YB基因家族的数目、染色体分布、进化关系、保守基序、保守结构域及组织表达情况。结果表明,在谷子中共鉴定出16个NF-YB基因,谷子NF-YB基因家族在染色体上呈不均匀分布;大多数亲缘关系较近的谷子NF-YB基因家族成员的外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域较为相似,且NF-YB基因家族不同成员在谷子不同组织中的表达量存在显著差异。研究结果可为进一步探索NF-YB基因家族的功能奠定理论基础。     

谷子和狗尾草WOX转录因子基因的全基因组鉴定与分析

WOX转录因子主要功能涉及植物组织发育、器官形成和干细胞维持等。为了深入研究谷子和狗尾草WOX转录因子基因家族,为后续狗尾草属植物生长发育相关WOX基因的克隆和功能研究奠定理论基础,研究鉴定了谷子和狗尾草WOX转录因子家族基因,并进行了生物信息学分析。结果表明,谷子和狗尾草基因组分别包含13,12个WOX基因,谷子和狗尾草共有12对直系同源基因,这些同源基因具有相似的基因结构,谷子和狗尾草WOX基因内含子相位为0或1;谷子和狗尾草WOX基因蛋白质基序Motif 1,Motif 3,Motif 4和Motif 5较为保守;SiWOX1等基因启动子包含AACA_motif,CAT-box,GCN4_motif,RY-element等元件,说明它们可能参与调控胚乳或种子发育、或分生组织形成;SiWOX11和SvWOX10这2个基因在根组织中表达量非常高,说明这2个基因可能与根系发育密切相关。     

谷子超氧化物歧化酶基因家族生物信息学分析

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）是重要的抗氧化酶,在生物体内广泛存在。以谷子基因数据库为搜索平台,利用生物信息学方法对谷子超氧化物歧化酶基因家族进行全基因组扫描和生物信息学分析。结果表明：谷子SOD基因家族包含8个基因,不均匀的分布在6条染色体上,8个基因的外显子数量为1~9个,蛋白质的氨基酸序列长度在56~334 aa之间。谷子中的8个SOD蛋白,有5个具有Cu-SOD基序,3个具有Mn-SOD基序。进化树分析表明,谷子SOD蛋白与水稻、高粱SOD蛋白序列具有较高的同源性。该研究结果可以为进一步了解谷子SOD基因家族和谷子抗氧化机制提供一定参考。     

谷子品种比较试验

为了筛选出适宜西安临潼地区种植的谷子品种,以张杂谷8号、张杂谷11、张杂谷4170、豫谷15以及豫谷18五个谷子品种为试验材料,进行了谷子品种的比较试验。结果表明:豫谷18抗倒伏性最好,产量最高,张杂谷8号次之,这两个品种适宜在当地大量种植。     

香蕉α-1,4-葡聚糖淀粉磷酸化酶基因家族全基因组鉴定与进化分析

为了研究香蕉(Musa nana Lour.)α-1,4-葡聚糖淀粉磷酸化酶(α-1,4-glucan starch phosphorylase,PHS)基因家族的特征和功能,利用生物信息学方法对香蕉PHS家族进行了全基因组查找、鉴定及相关分析。结果表明,在香蕉中共鉴定出2个成员,Ma PHS1的开放阅读框长度为2 784 bp,编码927个氨基酸,分子质量为104.8 ku,等电点为6.59;Ma PHS2的开放阅读框长度为2 517 bp,编码838个氨基酸,分子质量为95.09 ku,等电点为6.09。Ma PHS1和Ma PHS2分别含有17个和15个外显子;Ma PHS1和Ma PHS2均含有淀粉磷酸化酶的保守性基序,进化过程中比较保守。     

荔枝铝激活苹果酸转运蛋白基因家族的鉴定及表达分析

【 目 的】 挖 掘 参 与 荔 枝 生 长 发 育 的 铝 激 活 苹 果 酸 转 运 蛋 白（Al-activated malate transporter,ALMT）基因家族成员,探究其生物学功能。【方法】基于荔枝基因组数据库,借助 META SEARCH 工具和NCBI 的 CDD 数据库鉴定荔枝ALMTs成员,利用生物信息学方法系统分析LcALMT基因家族成员的蛋白理化性质、亚细胞定位预测、系统发育、基因结构、保守基序、染色体定位、启动子顺式作用元件、蛋白结构和表达模式等,通过 qPCR 方法分析荔枝 LcALMTs 的表达情况。【结果】荔枝 LcALMT 基因家族有 16 个成员,CDS 长度为118~803 bp,等电点在 5.16~9.07 之间。亚细胞定位预测显示,LcALMTs 均定位于质膜上,根据系统进化树将该家族划分为 5 个亚族。荔枝 LcALMTs 外显子数目在 3~10 个,有 4 个 LcALMTs 基因均不含非编码区。染色体定位分析发现,LcALMTs 只定位在荔枝 15 条染色体中的 6 条上,且主要定位在 13 号染色体上。保守基序分析发现,荔枝 ALMT 家族成员含有 ALMT 和 ALMT superfamily 两个结构域。顺式作用元件中,光响应元件占比最多,其次是激素响应元件。表达模式分析发现,荔枝 LcALMTs 在各个组织中的表达存在较大差异,其中 LcALMT5 和LcALMT15 在各个组织中均有表达且表达量较高,qPCR 结果表明 LcALMT5 的表达水平与转录组结果较为一致。【结论】16 个荔枝 ALMTs 具有保守的基因结构和蛋白结构域,组织表达存在差异。     

高粱基因组DCL家族的系统进化与表达分析

从高粱转录组数据筛选获得SbDCLs基因全长序列,并结合生物信息学方法在高粱的全基因组中鉴定出了6个SbDCLs基因,分布于SBI-01,SBI-03和SBI-06上。其中,SbDCL2a和SbDCL2b在SBI-01上串联重复排列,比较二者基因结构和蛋白质结构域推测SbDCL2a很可能是由SbDCL2b小范围复制所致。SbDCLs蛋白质均为两性蛋白且没有信号肽,亚细胞定位均在细胞核上,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。通过对高粱、水稻、玉米、拟南芥、大豆、小麦、藜麦、甜菜、谷子的DCL蛋白质序列进行系统进化分析,结果表明,DCL存在4个分枝:DCL1,DCL2,DCL3和DCL4;DCL在进化上出现了单双子叶的分化;DCL蛋白编码基因进化具有纯化效应。对SbDCLs基因进行表达分析,结果显示,SbDCLs在高粱穗部、茎节中部、花梗和旗叶茎节表达都比较强烈;SbDCL2a,SbDCL1和Sb DCL3a是高度表达基因,而且在生殖器官或组织中相对于营养器官具有更高的表达水平,说明SbDCLs基因对高粱营养生长和生殖发育具有调控作用。SbDCL2b在高粱的整个生育期表达水平均较低,但是在胚珠和花粉中拥有较高的表达水平,可能参与生殖发育调控。