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。     

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。     

小桐子CDPK及相关激酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

基于小桐子基因组数据库,在全基因组水平对小桐子CDPK及相关激酶基因家族进行鉴定,并对其系统进化、基因结构、保守结构域、染色体定位以及器官与低温胁迫表达进行分析,为深入开展小桐子CDPK及相关激酶基因的功能鉴定及其在小桐子遗传改良中的应用提供依据。利用CDPK结构域的隐马尔可夫模型对小桐子蛋白质数据库进行相似性检索,经过Pfam与CDD在线工具的验证获得小桐子CDPK及相关激酶基因家族成员。利用不同的工具对CDPK及相关激酶基因进行生物信息学对比分析。通过小桐子器官与低温表达谱数据进行CDPK及相关激酶基因的表达分析。小桐子基因组中共检索到17个CDPK基因、5个CRK基因、2个PPCK基因、4个PEPRK基因以及1个CCaMK基因,各基因家族成员的基因长度、蛋白质等电点及亚细胞定位等理化参数具有家族特异性。序列比对与系统进化分析显示,5个基因家族都单独聚类,而CDPK与PEPRK基因家族又分别聚类为4个与2个亚族,且鉴定到小桐子CDPK家族成员的N-端可变区、激酶结构区、自抑区及EF-hand调控区4个保守结构域以及其他激酶成员的激酶结构域。同时,分别有21个与24个CDPK及相关激酶可能发生N-豆蔻酰化与N-十六烷酰化的修饰。染色体定位表明,小桐子CDPK及相关激酶基因不均匀地分布于10条染色体上,且存在JcCDPK7/JcCDPK9串联复制现象。转录组表达分析表明,29个CDPK及相关激酶基因中,有24个基因在叶片、根及种子中都有表达,而JcCDPK3、JcCDPK11、JcCRK3及JcCCaMK属于低温诱导高表达基因,与小桐子的抗冷性直接相关。     

玉米CCCH基因家族鉴定及分析

CCCH锌指蛋白与植物生物和非生物胁迫、生长发育及抗病性密切相关。以玉米为材料,应用在线工具与公共数据库,共鉴定出63个CCCH基因,命名为Zm CCCHs,进一步对玉米与水稻、拟南芥、小立碗藓的CCCH基因进行生物信息学分析。结果表明:玉米的CCCH家族基因在染色体上呈不均匀分布,蛋白质氨基酸序列长度在110～962 aa之间。Zm CCCHs基因具有相对保守的结构,即包含CCCH结构域、WD40结构域、C2H2结构域、C3HC4结构域,CCCH蛋白结构中含有2个α螺旋和4个β折叠结构域。进化树分析表明玉米CCCH蛋白与水稻CCCH蛋白序列具有较高的同源性。上述结果为深入研究该基因家族的功能与表达调控提供了参考信息。     

8种植物类甜蛋白家族基因进化及密码子特征分析

类甜蛋白(thaumatin-like proteins, TLP)被归为病程相关蛋白第5家族，在植物防御和生长发育过程中发挥作用。使用Mega X、CodonW及EMBOSS网站在线软件，分析8种植物(莱茵衣藻、小立碗藓、拟南芥、水稻、谷子、高粱、小麦、玉米)类甜蛋白家族进化和密码子使用偏性。结果表明，植物类甜蛋白主要归为10个聚类组，其中聚类组Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ中的TLP数目相对较多；5种禾本科作物TLP家族基因主要以G和C作为第3位密码子，密码子具有较强的偏好性，多数类甜蛋白基因ENC值较小，GC3s值分布较集中；8个最优密码子第3位均为G或C结尾，禾本科植物类甜蛋白家族基因密码子偏好G/C结尾。本研究分析了8种植物中类甜蛋白家族基因的进化特征及密码子使用偏性，为该家族基因的分子进化以及转基因应用提供了理论依据。     

杨树NRAMP基因家族全基因组鉴定与生物信息学分析

为研究杨树自然抗性相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)家族成员的结构和功能,利用生物信息学方法,从杨树全基因组数据库中筛选并鉴定NRAMP家族基因序列,并对该家族成员的理化性质、二级结构、基因结构、保守基序、染色体定位、进化树和组织表达量进行分析。结果表明：从杨树基因组中共鉴定出6个NRAMP基因家族成员,编码的氨基酸数量差异较大,为503～1 310,亚细胞定位表明其均在质膜上,各个成员跨膜结构数量在10～12。PNT31315的二级结构以无规则卷曲为主,其他家族成员主要的二级结构为α-螺旋。进化树分析表明,杨树NRAMP家族基因全部聚类于第3类,且与玉米、高粱、甘蔗和水稻皆有相似基因,不存在物种特异性。染色体定位分析表明,该家族各基因在染色体上分散分布,只有PNT48459和PNT49289两个基因分布在一个染色体上,且不存在串联重复和片段复制基因。蛋白功能预测结果显示,PNT48459和PNT52668可能与植物金属耐受蛋白结合参与金属离子的吸收与转运,PNT31315可能参与植物激素信号转导。PNT48459、PNT37313和PNT31315在主根中的表达量较高,推测其参与重金属吸...     

西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

为了探究西瓜NAS基因家族的生物学功能,基于西瓜全基因组组装注释数据,利用HMMER、MEGA、TBtools等工具对西瓜NAS家族进行生物信息学的鉴定和分析,包括染色体定位、蛋白质结构、蛋白保守基序、系统进化树、启动子顺式作用元件和共线性分析。结果表明：在西瓜全基因组中共鉴定出4个ClaNAS基因,分布于2号染色体、3号染色体、6号染色体上;编码的氨基酸数量变化范围为277～356aa、分子量为30.68～39.88kDa、等电点为4.71～7.46;4个claNAS成员编码蛋白质的二级结构组成一致,三级结构差异明显;拟南芥、水稻、甜瓜、番茄和西瓜5个物种的NAS基因家族被分为3个亚族,其中葫芦科植物被单独聚为一类;西瓜NAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答、转录因子结合位点等多种顺式作用元件;西瓜基因组内未发现NAS基因的串联重复和片段复制,但西瓜NAS基因与拟南芥、番茄的NAS基因间分别存在2个共线性基因对。西瓜NAS基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析为进一步研究西瓜NAS基因的功能和分子机制提供了依据。     

红花CDPK基因家族的鉴定及表达分析

钙依赖性蛋白激酶(CDPK)是植物细胞内Ca²⁺信号识别及转导的重要媒介，在植物的生长发育以及逆境响应过程中起着重要的作用。本研究通过多种生物信息学的方法和手段，对鉴定出来的30个CDPK基因进行分析鉴定，结果显示30个CtCDPK基因所编码的氨基酸分子量为47 781.96～93 251.66 ku,等电点为5.09～9.27;基因结构预测结果表明，所有CtCDPK基因均含有6～13个外显子；染色体定位结果表明，30个CtCDPK基因分别定位在10条染色体上，其中8号染色体上最多，有5个，2号、4号染色体上没有；系统发育树分析结果显示将其分为6个亚家族；表达分析结果表明CtCDPK基因在不同组织、不同发育阶段中表达模式有所差异。     

胡萝卜YUCCA基因家族鉴定及生物信息学分析

胡萝卜是重要的根菜类蔬菜之一,根部性状影响最终的产量和品质.YUCCA基因通过介导生长素调控植物根部发育,是生长素合成途径中的关键基因.利用生物信息学方法对胡萝卜YUCCA基因家族成员进行鉴定,对其理化性质、染色体定位、系统进化树、蛋白质的二级和三级结构以及保守基序进行分析.结果表明,在胡萝卜的5条染色体上共鉴定到了14个YUCCA基因家族成员,其大部分基因含有3～4个外显子;该家族编码的蛋白质为富含碱性氨基酸的亲水性蛋白质,氨基酸数量为290～424个,其蛋白质结构主要以α-螺旋和无规则卷曲构成,通过构建系统进化树可将其分为3个亚族,且亚细胞定位结果显示,YUCCA基因家族蛋白质大部分被定位在细胞质中.这为YUCCA基因家族在调控胡萝卜根发育和膨大机制研究奠定了理论基础.     

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。