基于转录组的荔枝ARF基因家族的鉴定及表达分析

生长素反应因子(Auxin Response Factors,ARFs)是调节生长素表达的转录因子响应基因,ARF基因在植物中大多由多基因家族组成。基于转录组数据,通过生物信息学方法对荔枝ARF基因进行鉴定,并分析其理化性质、亚细胞定位、保守基序、系统进化以及基因的表达模式。在荔枝中鉴定出21个ARF基因,其编码的蛋白质含有53~1 117个氨基酸,分子量约为6.112~123.872 ku,等电点为4.21~9.45。亚细胞定位预测结果显示21个ARF均定位于细胞核。Lc ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域。进化树分析表明荔枝ARF蛋白分为5个亚家族。21个荔枝ARF基因在花穗发育过程中有明显不同的表达规律。该结果为进一步深入研究荔枝ARF基因家族的功能奠定了基础。     

大麦DUF668家族基因鉴定及表达分析

DUF668家族基因对植物逆境胁迫响应有重要作用。为探讨大麦DUF668家族基因的结构及表达模式，采用生物信息学的方法对大麦DUF668基因结构、蛋白结构、系统进化树、共线性及表达模式进行了分析。结果显示，供试大麦中共鉴定出9个DUF668基因，分布在5条染色体上。系统发育进化树将9个DUF668基因分为三个亚组，第Ⅰ亚组包括HvDUF668-01、HvDUF668-02和HvDUF668-09，内含子数量较多，均有11个内含子；第Ⅲ亚组包括HvDUF668-04、HvDUF668-05、HvDUF668-07和HvDUF668-08，内含子数0~3个，其中HvDUF668-04与HvDUF668-05没有内含子；第Ⅱ亚组包括HvDUF668-03和HvDUF668-06，内含子数量（9和7）介于第Ⅰ亚组和第Ⅲ亚组之间。蛋白保守基序分析表明，9个蛋白均含有DUF668保守结构域的特征序列及DUF3475保守结构域的特征序列（HvDUF668-06除外）；第Ⅰ亚组蛋白的Motif数量（8~10个）比第Ⅱ、Ⅲ亚组（4~6个）多，且包含第Ⅱ、Ⅲ亚组中的所有Motif。表达谱分析表明，不同DUF668基因在不同组织和发育时期的表达量存在差异，HvDUF668-09在颖果中的表达量随着颖果的发育而升高，而HvDUF668-01和HvDUF668-02则相反；HvDUF668-01和HvDUF668-02在花序中的表达量随着花序的发育而升高。qRT-PCR结果显示，受黄矮病病毒侵染大麦幼苗与未受侵染幼苗相比，HvDUF668-04、HvDUF668-05和HvDUF668-08表达量提高了100~180倍。     

基于转录组的番荔枝ARF基因家族鉴定及其在花发育中的表达分析

鉴定番荔枝ARF家族基因,并分析其在花发育中的表达谱,为深入探索ARF家族基因调控花发育的机制奠定基础,为解决番荔枝产业上出现的“花而不实”、结果率低等问题提供理论依据。以番荔枝为研究对象,基于转录组测序,筛选鉴定出11个番荔枝AsARF基因。通过同源进化分析、蛋白结构域分析、亚细胞定位、qRT-PCR等技术,初步分析了AsARF家族基因的生物学功能。进化树分析结果显示,AsARF蛋白可以被分为5组。AsARF的预测蛋白分子量在73.85～112.51 kDa之间,等电点分布于5.42～7.63之间。所有AsARF蛋白均含有1个DNA结合结构域和1个中间区域结构域,除AsARF3a、AsARF6a和AsARF6b外,其他蛋白还存在1个C-末端二聚化结构域。基于蛋白中间区域的氨基酸富集情况,推测AsARF5a、AsARF5b、AsARF6c、AsARF6d、AsARF7和AsARF16这6个蛋白可能为转录激活子,而AsARF2、AsARF3a、AsARF3b、AsARF6a和AsARF6b这5个蛋白推测为转录抑制子。鉴定得到3个CTD结构域缺失的ARF基因：AsARF3a、AsARF6a...     

小麦GRAS基因家族的全基因组鉴定与分析

GRAS基因是一类转录因子基因,在植物的生长和发育中起关键作用。本研究利用最新的小麦基因组数据,对小麦GRAS基因进行了全基因组鉴定和分析。结果从小麦中鉴定出153个GRAS基因,这些基因不均匀分布在小麦21条染色体上。系统发育分析将这些基因分为12个亚家族,片段复制和串联重复是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白质序列分析发现不同亚家族间氨基酸数目、分子量存在一定差异;二级结构预测表明,小麦GRAS基因的氨基酸序列均以α-螺旋、随机卷曲为主要组成部分。通过对小麦GRAS基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达分析发现,GRAS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,表明GRAS基因具有组织或器官表达特异性,且可能在对逆境胁迫的响应中起重要作用。这些结果为进一步研究小麦GRAS基因的功能奠定了基础。     

玉米YUCCA家族基因的表达分析

YUCCA基因编码生长素合成相关酶,在植物的生长发育过程中发挥重要作用。利用Genevestigator软件分析获得玉米YUCCA(ZmYUC)基因的转录表达谱,结果显示,ZmYUC1、ZmYUC2、ZmYUC4、Zm YUC5、ZmYUC10和ZmYUC12等多个ZmYUC基因在特定组织中高水平表达,ZmYUC7和ZmSPI1等基因在所检测的组织中几乎均有表达,暗示ZmYUC基因在玉米不同生长发育过程均发挥重要作用。通过PlantCare软件分析ZmYUC基因启动子区的顺式作用元件,获得其在逆境胁迫方面的顺式作用元件,利用实时定量PCR方法对ZmYUC基因在冷(4℃)、热(40℃)、盐(250 mmol/L的NaCl)和干旱(15%的PEG6000)处理下的表达量变化进行检测,结果显示,ZmYUC5和ZmYUC8在冷胁迫处理下表达量显著增加,可能参与了植物的冷驯化;热胁迫处理后,大多数ZmYUC基因的表达模式发生了明显变化,其中,ZmYUC8对热信号反应迅速,可能在抵抗热胁迫中发挥关键作用,ZmYUC11热胁迫处理后其表达下调。多数ZmYUC基因在干旱胁迫处理后表达模式未见明显变化;...     

小麦LBD基因家族的全基因组鉴定、表达特性及调控网络分析

为深入发掘小麦LBD基因的功能,利用小麦最新基因组数据,通过生物信息学手段,对小麦LBD基因家族进行了鉴定,并对其表达特性及调控网络进行了分析。鉴定结果表明,本研究得到了75个小麦LBD基因,根据系统进化分析结果,可将它们划分为ClassⅠ和ClassⅡ两个亚家族。染色体定位结果表明,除了5D和7D外,其余染色体均含有LBD基因。共表达调控网络分析表明,15个LBD基因参与了小麦功能基因调控。利用RNA-seq数据对所有小麦LBD基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达情况进行分析表明,小麦LBD基因在不同组织间和胁迫下存在着差异表达,多个组织特异和胁迫响应相关LBD基因被鉴定到,可作为后续功能研究的候选基因。     

大麦 PHT1基因家族的鉴定及表达特性分析

植物磷转运蛋白1(phosphase transporter protein 1,PHT1)家族在植物磷吸收和转运中发挥着重要作用。为研究大麦 PHT1基因家族成员的特性,利用生物信息学方法在全基因组范围内对大麦 PHT1家族成员进行鉴定,结果共鉴定到14个大麦 PHT1（ HvPT1～ HvPT14）基因,分布在2H、4H、5H和7H染色体上。根据系统发育关系、基因结构和保守蛋白基序,可将14个大麦 PHT1基因分为3个亚群。基于RNA seq数据对大麦品种GN121(磷高效基因型)根和叶片中12个 PHT1基因的表达模式进行分析,发现在低磷胁迫处理下,根中 HvPT1、 HvPT7、 HvPT10和 HvPT12基因以及叶片中 HvPT13基因均上调表达。进一步利用荧光定量PCR技术对大麦品种GN121和GN42（磷低效基因型）根中10个 PHT1基因的表达模式进行分析,发现两个品种根中 HvPT7、 HvPT8、 HvPT10、 HvPT12和 HvPT14基因在磷恢复后第3 d的表达量均显著低于低磷处理第22 d的表达量,推测这5个基因在低磷胁迫下参与磷的吸收和转运;此外 HvPT5基因在磷恢复后第3 d的GN42根中表达量显著下降,而在GN121根中的表达量显著上升,说明 HvPT5基因的表达与品种类型有关。     

普通小麦DREB基因家族的全基因组鉴定及热胁迫下的表达模式分析

DREB基因家族在调控植物生长发育和响应多种逆境胁迫中起着至关重要的作用。为了全面分析小麦中DREB基因家族成员的特性,为小麦DREB家族基因的发掘和利用提供参考,本研究采用生物信息学方法进行了全面的全基因组范围搜索,共获得了204个TaDREB基因。利用系统发育分析将其分为6个亚组,并进一步进行了染色体定位、基因结构和保守蛋白基序以及基因复制事件分析,系统研究了这些TaDREB基因的进化特征。此外,基于同源性分析的方法,构建了小麦DREB基因与其他基因之间的调控网络,鉴定到13个参与网络调控的TaDREB基因,并确定了179对互作关系。通过分析现有的RNA-seq数据,研究了TaDREB在不同组织和不同逆境胁迫下的表达情况,并鉴定到11个组织特异表达和多个响应逆境的基因。最后选取5个TaDREB基因,通过qRT-PCR技术验证了它们在热胁迫条件下的表达,结果证实这些基因均能对热胁迫产生响应。     

花生GSTs家族基因的全基因组分析

谷胱甘肽转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一类重要的多功能超家族酶,普遍存在于植物体中,作为配体或结合蛋白,在调控植物的生长发育、解除外界毒素作用过程起到重要作用。为全面了解花生GSTs基因家族的结构特性,本论文通过生物信息分析技术对花生GST基因家族进行全基因组鉴定和表达特性分析,结果表明,在花生全基因组中一共有163个GSTs基因,其中A组基因中含有76个,B组基因中含有87个。基因结构和发育进化树将花生GST基因分为6类:Tau、Theta、Lamda、EF1Bγ、Phi和DHAR,花生GST家族基因结构进化相对保守,但各基因的内含子数量及长度有较大差异,其中EK5R9的外显子数最多,达19个;而K7JNV的内含子最长,约18 kb。MEME分析发现,花生GST家族基因中存在9个保守域,各基因中的保守结构域为6～8个不等。染色体定位显示,花生GSTs家族基因在花生A、B染色体组上呈不均匀分布,在A02、A03、A07、A09、B02、B03、B05、B08和B09号染色体上存在1～2个基因簇。表达分析发现,只有80个花生GST基因具有组织表达差异,其中6个的组织表达有极显著差异。本研究为GSTs基因的功能研究及花生抗逆性提高提供了理论依据。     

粗山羊草JAZ基因家族的全基因组鉴定与分析

为了挖掘可用于小麦茉莉酸调控通路及其穗部或花器官发育研究的候选基因,基于已发布的粗山羊草全基因组数据,利用生物信息学分析方法鉴定了粗山羊草JAZ基因家族,并从染色体分布、基因及蛋白结构、启动子顺式作用元件、系统进化关系和基因表达模式等方面对该基因家族的特征进行了比较分析。结果表明,本研究共鉴定到9个粗山羊JAZ基因,命名为AetJAZ1-AetJAZ9。染色体定位结果显示,9个粗山羊草JAZ基因分别定位在2D、5D、6D和7D染色体上,其中在7D染色体上分布最多。进化分析表明,粗山羊草JAZ蛋白与短柄草JAZ蛋白亲缘关系最近,且9个粗山羊草JAZ蛋白被分别聚类到了S5、S12、S13、S16和S20五个亚族中,其中S20亚族有五个粗山羊草JAZ蛋白。启动子分析表明,9个粗山羊草JAZ基因启动子顺式作用元件种类和数量存在差异,推测其各自的功能也存在差异。表达谱分析表明,粗山羊草JAZ基因在粗山羊草不同组织间存在不同的表达特性,且不存在组成型表达基因,其中,AetJAZ1和AetJAZ2表现出明显的组织特异性,分别只在穗部、雌蕊和雄蕊中特异表达。     

不同处理方式的妃子笑荔枝花穗ARF基因家族的表达分析

生长素反应因子(ARF)是一类可以结合在生长素应答基因启动子部位的转录因子,在植物的生长发育中起着至关重要的作用。为了研究荔枝ARF基因在不同花穗处理方式的表达情况,进而挖掘花穗发育过程中起主要作用的ARF关键基因,本研究利用课题前期基于转录组数据库鉴定出的LcARF基因家族,通过对妃子笑荔枝花穗分别进行疏花和喷施烯效唑处理,利用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术进一步研究LcARF基因家族在不同处理下的表达情况。结果表明：21 个荔枝ARF基因在疏花和烯效唑处理花穗发育过程中有明显不同的表达规律,且不同基因表达量有较大差异。因此推测,ARF家族成员在花穗发育过程中特定阶段起一定的作用,同时本研究也为深入探究ARF基因家族的功能奠定理论基础。     

基于转录组的剑麻ARF基因家族的鉴定及表达分析

生长素反应因子（Auxin Response Factors, ARFs）是植物特有的多基因转录因子家族,参与植物生长发育过程的调节。本研究基于转录组数据,通过生物信息学方法鉴定剑麻ARF基因家族成员,同时对其进行相关生物信息学分析。结果表明：在剑麻中共鉴定得到15个ARF基因,并依次命名为AhARF 1~15。其编码的蛋白质含有409~1011个氨基酸,分子量约为45.17~112.13 ku,等电点为5.17~9.34。亚细胞定位预测结果显示,13个AhARFs定位于细胞核,2个AhARFs定位于叶绿体。保守结构域分析结果表明,AhARFs基因家族有8个成员同时含有B3、ARF和Aux/IAA这3个相对保守的结构域,其他成员仅含有B3和ARF这2个结构域。进化树分析表明,剑麻AhARFs蛋白可分为5个亚家族。15个剑麻AhARFs基因在剑麻紫色卷叶病不同发病时期呈现不同的表达规律。本研究为进一步深入探索剑麻ARF基因家族的功能奠定了重要理论基础。     

大麦耐盐相关性状的全基因组关联分析

为挖掘控制大麦耐盐相关性状的重要位点及候选基因,以国内外不同遗传背景的164份大麦品种为材料,在大麦萌发期,用200 mmol·L^-1NaCl处理种子,测定大麦相对发芽率、生根数、根长、芽长、鲜重5个指标并分析其相关性。结果发现,200 mmol·L^-1NaCl处理显著影响了大麦的生长,5个被测指标的变异系数为20.29%~63.00%。除相对发芽率外,其他性状间均呈显著正相关,相关系数为0.41~0.68。通过全基因组关联分析,发现148个SNP位点与大麦耐盐性显著关联;筛选出5个可靠SNP位点,分别分布在1号、 2号、3号、6号、7号染色体上。通过比较大麦基因组,挖掘出26个可能与大麦耐盐性状密切相关的候选基因,包括HORVU7Hr1G097370和HORVU7Hr1G097390编码碱性亮氨酸拉链域转录因子家族蛋白、HORVU7Hr1G096920编码高亲和K⁺转运体、多个基因家族编码过氧化物酶超家族蛋白等。这些候选基因可为大麦耐盐品种选育提供参考。     

生长素反应因子ZmARF1的表达分析及互作网络探究

以抗旱型玉米自交系郑36和弱抗旱型玉米自交系B73为试验材料,利用克隆、qRT-PCR、亚细胞定位、互作蛋白预测等手段验证ZmARF1(GRMZM2G702026)对干旱胁迫的响应模式及初步探究ZmARF1基因的互作网络。克隆及测序分析表明,该基因含有1个2 034 bp的开放阅读框,翻译677个氨基酸。蛋白分析表明,该蛋白无跨膜域,属于高亲水性蛋白,亚细胞定位于细胞核。潜在磷酸化位点分析显示,ZmARF1蛋白含有潜在的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点数目分别为39、16、6个。复合进化树、功能域和保守motif分析表明,该基因蛋白与其他物种同源性较高,说明不同物种该基因在功能上较保守。ZmARF1属于组成型表达基因,受干旱胁迫的正向诱导,且郑36基因表达量上升幅度大于B73。预测的互作功能蛋白主要通过调节激素应答基因的表达、参与激素介导的信号等途径,来调控植物对逆境的胁迫应答和生长发育等过程。     

大麦SBP转录因子的鉴定与表达分析

SBP家族是植物特有的一类转录因子,含有一个约80个氨基酸残基的保守结构域,广泛参与植物生长、发育及多种生理生化过程。为探讨大麦SBP转录因子的基因结构及表达模式,采用生物信息学方法对大麦SBP家族的基因结构、染色体分布、蛋白质保守结构域、系统进化树及表达谱进行分析。结果发现,用生物信息学方法鉴定共获得22个大麦SBP基因,命名为 HvSBP1～ HvSBP22,分布在6条染色体上,而且大多基因成簇分布;各基因的结构差异明显,外显子数量为1～11个。蛋白结构分析显示,大多数HvSBP具有2个典型的锌指结构域以及核定位信号。系统进化分析表明,22个HvSBP分属于4个进化亚组,且与水稻SBP基因的亲缘关系较近。表达分析表明,22个HvSBP在萌动胚、幼苗、5 dpa颖果、15 dpa颖果、0.5 cm幼穗花序、1 cm幼穗花序和节间等7个组织中的表达差异明显,呈现出不同的表达模式。研究发现,HvSBP基因主要集中在幼穗花序和颖果等组织中表达,在1.0 cm幼穗花序中表达量最高,表明HvSBP基因与大麦开花发育密切相关。     

大麦根系响应湿害胁迫的转录组分析

湿害是影响大麦产量和品质的主要非生物胁迫之一。为进一步明确大麦响应湿害胁迫的应答机理,本研究以耐湿大麦品种泰兴9425为材料,利用高通量转录组测序(RNA-seq)技术,比较不同湿害胁迫时间下的基因表达差异。结果表明,湿害胁迫12 h后获得1 436个差异表达基因,而胁迫48 h后获得2 090个差异表达基因,其中共同上调表达基因286个。GO富集分析发现,涉及代谢过程、细胞膜、催化活性等的差异表达基因占比最多。KEGG富集分析发现,差异表达基因主要富集于糖酵解、类黄酮生物合成、乙烯合成等代谢通路。对7个耐湿相关的候选基因进行qRT-PCR分析,发现差异表达基因的表达量变化趋势与RNA-seq结果一致。     

大麦HD-Zip基因家族密码子偏好性分析

同源异型域-亮氨酸拉链(homeodomain-leucine zipper,HD-Zip)蛋白在植物生长发育和适应性抗逆过程中发挥着至关重要的调控作用,而密码子偏好性分析是大麦HD-Zip转录因子家族分子进化及功能研究的重要补充。为探究大麦HD-Zip转录因子家族密码子偏好性特征,利用CUSP、CHIPS及CodonW等软件(程序)对32个大麦HD-Zip基因进行了分析。结果显示,大麦HD-Zip家族基因偏好以C或G结尾的密码子,使用频率最高的密码子是CUG,最优密码子为AUC和AGG。该家族基因GC3值分布较分散(0.48~0.98),有62.5%的基因ENC值小于35;GC12与GC3的相关性较强,大多数ENC值频数处于0.03~0.11的范围内,实际ENC值与预期ENC值相近,证明大麦HD-Zip家族基因密码子偏好性较弱,且在进化过程中主要受突变压力的影响。聚类分析表明,基于相对同义密码子使用度的HD-Zip基因聚类与物种进化关系没有必然相关性。对大麦HD-Zip家族代表基因HD-Zip IV 5进行最适受体分析发现,大肠杆菌更适合作为其异源表达受体,遗传转化模式植物中水稻更适合作为该基因的表达受体。本研究为大麦HD-Zip转录因子家族进一步功能研究奠定基础。