杨树TLP基因家族的生物信息学分析

[目的]分析预测杨树类甜蛋白(TLP)基因家族功能,为杨树TLP蛋白的差别研究、功能基因发掘及遗传性状改良提供理论依据.[方法]从Phytozome数据库搜索杨树TLP基因家族序列,并依据Pfam数据库进行筛选鉴定,利用生物信息学方法对其编码的蛋白氨基酸序列进行预测分析.[结果]从Phytozome数据库中筛选获得50个TLP基因家族序列,其编码的蛋白分子量10.19~74.09 kD,氨基酸数量98~672个,等电点(pI)4.15~9.12,大部分为亲水性蛋白和不稳定性蛋白,在细胞内外均有分布,并具有thaumatin蛋白家族的保守结构域,其中42个成员能形成与抑菌有关的酸性侧翼区域,且大多数成员具有FF motif结构和5个保守的REDDD氨基酸残基,但少数氨基酸残基发生改变.50个杨树TLP基因家族成员可分为4个进化组,各进化组成员的蛋白理化特性和亚细胞定位不完全一致,且功能域结构和motif结构也具有多样性,各进化组成员间差异与进化程度总体上呈正相关.根据motif结构和功能域结构可将所有成员分别分为7组和4组,但分组结果与系统发育进化结果并不完全一致.[结论]杨树TLP蛋白家族成员存在序列保守性和进化性,特异表达呈多样性,具有抗菌活性,但作用机制存在差异.     

高粱生长素反应因子(ARF)基因的全基因组分析与进化研究

生长素在植物发育中的各个阶段都起着重要作用,而生长素反应因子(auxin response factors,ARF)特异性的调节生长素反应基因的表达,是植物细胞中重要的一类转录因子家族.在拟南芥、玉米、水稻等模式作物中先后克隆了一些ARF基因,但是高粱作为一种重要的经济作物,这方面的研究未见报道.随着高粱全基因组序列的公布,利用基因组序列分析ARF基因的数目、结构、进化具有重要的意义.利用公布的高粱全基因组数据,利用DNATOOLS、BLAST、MEGA4.0以及Genomepixelizer等生物信息学软件对高粱(Sorghum bicolor)生长素反应因子ARF基因的数量、物理位置、系统进化树、氨基酸序列及保守基序(motif)的保守性等进行分析. 结果表明, 在高粱全基因组中共有26个ARF基因,26个ARF基因根据其进化关系分为A、B、C 3类; 通过对全基因组内ARF基因进行物理位置和基因家族分析,发现高粱基因组中ARF基因存在明显的基因复制现象, 基因的复制对高粱基因组中ARF基因数量扩张起到了重要的作用.     

椰子ALDH基因家族的鉴定及生物信息学分析

为了鉴定椰子的ALDH基因家族,分析其基因结构、保守结构域、系统发育树以及其表达模式,通过下载OsALDH基因家族的蛋白质序列,并与椰子的蛋白质的数据库进行比对,鉴定出12个CnALDH基因,分属于9个亚族。结果表明,ALDH编码的氨基酸等电点为5.35～8.68,多数分布在叶绿体中。表达谱分析结果显示,除CnALDH12＿A1和CnALDH22＿A1外,其他的CnALDH基因家族成员均在叶片中有高水平表达。而CnALDH10＿A8在不同组织以及不同时期展现组成性表达,推测该基因参与椰子的一些基础性功能,是不可或缺的基因。     

果生炭疽菌Rab蛋白家族鉴定及生物信息学分析

利用已报道的酿酒酵母的11个Rab蛋白氨基酸序列及Rab数据库对果生炭疽菌全基因组数据进行比对分析,共获得果生炭疽菌Rab蛋白10个。生物信息学分析表明:这10个Rab蛋白均不含信号肽和跨膜结构域,均为亲水蛋白。Cf Rab1和Cf Rab7蛋白定位于质膜,CfRab4蛋白定位于线粒体,其余7个Rab蛋白定位于高尔基体。该Rab蛋白家族均具有保守结构域,在丝状真菌中高度保守。实时荧光定量PCR结果表明,相对于菌丝阶段,Cf Rab5A和Cf Rab X1在孢子发育阶段表达量最高,Cf Rab1、Cf Rab2、Cf Rab4、Cf Rab5B、Cf Rab6、Cf Rab7和Cf Rab8在果生炭疽菌侵染后48 h表达量最高。研究为探究草莓果生炭疽菌Rab家族成员的功能奠定了基础。     

番茄YABBY基因家族的生物信息学分析

YABBY基因家族是植物特有转录因子,与植物形态有关,在植物叶和花器官发育过程中起重要调控作用。试验在番茄基因组范围内鉴定出9个YABBY基因家族成员,分别位于第1、5、6、7、8、11和12号染色体。利用MEGA程序对番茄、拟南芥、大白菜和玉米YABBY基因家族作进化分析,进化树可分为四个亚组;利用GSDS程序分析基因结构保守性,显示Sl YABBY基因内含子保守5~6个;MEME程序作基序分析,显示Sl YABBY基序保守,经鉴定所有Sl YABBYs均具有C2C2锌指结构域及YABBY结构域。运用plant CARE软件分析顺势作用元件发现,在番茄YABBY基因上游1 000 bp序列中存在多个应答不同生物和非生物胁迫的顺式作用元件,且种类和数目不同,表明其作用于番茄生长发育和逆境胁迫过程。基因功能预测和蛋白-蛋白网络分析表明,番茄YABBY家族对根、茎、叶、花、蜜腺、心皮、胚珠等部位发育具有重要调控作用。番茄YABBY基因家族表达分析发现Sl YABBY1、Sl YABBY3和Sl YABBY4在根、茎、花、叶及果实中均无表达,Sl YABBY2和Sl YABBY9表达具有较强组织特异性,为番茄YABBY基因功能研究提供参考。     

细胞周期蛋白家族的生物信息学分析

[目的]对细胞周期蛋白家族的序列进行生物信息学分析,从而研究物种间细胞周期蛋白的分类体系。[方法]选取已完成基因组测序的10个物种的细胞周期蛋白,按细胞周期蛋白中周期蛋白框结构域的序列完整性及结构域的数目进行分类,并进行多次筛选比对,分别构建具完整单周期蛋白框结构域和完整双周期蛋白框结构域细胞周期蛋白的系统发育树。[结果]随物种进化,细胞周期蛋白的序列类型和序列数量显著增加。对完整单域和完整双域细胞周期蛋白的聚类分析结果显示,原核生物的细胞周期蛋白、单细胞真核生物的PHO80与PCL、植物的P和U、动物的Y组成原核型细胞周期蛋白,并进化形成真核型细胞周期蛋白,真核型细胞周期蛋白的进化趋势是增加类型和数量,动物以增加细胞周期蛋白的类型为主,而植物则是以增加细胞周期蛋白类型中的成员为主;另一进化趋势是由单域向双域发展,物种进化程度越高,所具有的双域细胞周期蛋白的类型就越多。[结论]为物种间细胞周期蛋白的分子进化研究提供了参考。     

甜荞麦脂肪酸脱氢酶基因(FeFAD)家族的鉴定与分析

脂肪酸是人体内不可缺少的营养成分.虽然甜荞麦(Fagopyrum esculentum Moench)籽粒中油脂含量不高,但是研究表明其含有较高的多不饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸含量在40％左右.脂肪酸脱氢酶(FAD)是形成不饱和脂肪酸的关键酶,甜荞麦脂肪酸脱氢酶基因的研究对理解其多不饱和脂肪酸的形成及调控具有重要意义.本研究利用甜荞麦基因组数据库,以拟南芥膜结合脂肪酸脱氢酶基因(FAD)作为种子序列进行Blastp序列比对,共鉴定出10个甜荞麦FAD全长基因,并对其基因特征、进化、保守结构域、蛋白质二级和三级结构等进行分析.结果显示:10个FeFAD基因被分为6个亚族;基因特征分析显示,FeFADs基因开放阅读框长度在900～1 374 bp之间,等电点介于6.83～9.23之间;所有FeFAD基因均含有内含子,且FeFAD6的内含子数最多,含有10个内含子;除FeFAD4含有TMEM189_B_dmain结构域外,大多数Fe- FADs均含有保守的脂肪酸脱氢酶结构域,FeSLDs除含有脂肪酸脱氢酶结构域外还含有Cyt-b5特定结构域;除FeFAD4含有HXXXH、HXXHH 2个保守组氨酸序列外,其余FeFADs均含有HXXXH、HXXHH、HXXHH 3个保守组氨酸序列;二级结构氨基酸数量预测显示FeFADs均以α-螺旋和无规则卷曲为主;三级结构预测显示大多数FeFADs三级结构各自均有自身的独特结构.本研究结果将为探究甜荞麦脂肪酸脱氢酶基因的功能提供一定的理论依据.     

白菜NPF基因家族成员的鉴定及其生物信息学分析

NPF基因家族是植物体内普遍存在的硝酸盐转运蛋白,同时负责硫苷、多肽、钾盐、植物激素等物质的运输.为了明确白菜NPF基因家族的功能和进化关系,利用生物信息学方法鉴定了白菜的NPF基因家族成员,并对NPF基因家族蛋白进行了理化性质、二级结构、亚细胞定位、保守基序分布以及与拟南芥的进化关系分析,对白菜NPF基因家族成员进行...     

参薯ADP-ribosylation factor（ARF）基因的生物信息学分析

【目的】对参薯等11种植物的ARF基因进行生物信息学分析,为深入研究植物ARF基因的结构与功能分析奠定基础。【方法】对参薯ARF同源序列进行克隆和序列测定,利用生物信息学相关软件对参薯等11种植物的ARF的核苷酸序列、氨基酸序列、组成成分、疏水性/亲水性、蛋白质二级和三级结构、信号肽、跨膜结构、导肽进行分析。【结果】参薯ARF基因同源片段大小为1200bp。系统进化分析结果表明,参薯等11种植物的ARF氨基酸序列可分为Ⅰ和Ⅱ两大类,细分A、B、C、D、E5个亚族,其中参薯ARF1和蒺藜苜蓿组成一个亚族,参薯ARF2和风信子组成一个亚族。参薯ARF的氨基酸序列中存在GTP/Mg2＋结合位点和G2、G3保守区域,具有两个相同的效应结构域Switch1和Switch2。参薯ARF蛋白结构以无规则卷曲为主,三级空间结构不稳定。ARF蛋白为疏水性、脂溶性蛋白,无信号肽,存在明显跨膜结构域;ARF导肽无明确定位,预测等级为3级。【结论】参薯ARF蛋白结构的特殊性为其执行物质转运和参与信号转导功能奠定基础。     

拟南芥 START 结构域亚家族生物信息学分析及功能

START(The Steroidogenic Acute Regulatory Protein-related Lipid Transfer)结构域广泛存在于动物和植物中,参与脂质分子的转移,发挥多种生物学功能。为明确拟南芥START结构域家族成员的结构特征及功能机制,本研究以拟南芥START结构域亚家族为研究对象,通过生物信息学对该家族成员的进化关系、理化性质、基因结构、启动子顺式作用元件进行分析比较,在此基础上,通过qRT-PCR技术,对仅含START结构域亚家族成员在拟南芥发育不同组织表达特性进行了分析,通过分析仅含START结构域亚家族成员的功能获得和功能缺失的转基因拟南芥幼苗形态,确定该亚家族成员对拟南芥幼苗生长的调控作用。结果发现,拟南芥START结构域家族共有35个成员,仅含START结构域亚家族9个成员,但在进化树分析中At4g26920和At5g07260与其余7个成员不在同一分枝中,且其疏水性结合位点不同。仅含START结构域亚家族成员中仅有At3g23080不稳定系数小于40,较为稳定,多数成员均为不稳定蛋白质。基因表达分析表明仅含START结构域亚家族成员具有...     

苦荞蔗糖转运体家族FtSUCs的鉴定与生物信息学分析

植物蔗糖转运体家族蛋白( sucrose transporter, SUC)是介导蔗糖跨膜运输的重要载体。本文基于苦荞幼苗发育过程中转录组测序获得的数据库,筛选鉴定到10个FtSUCs基因,序列长度在1 436~7 109 bp,编码氨基酸148~605个,其中8个FtSUCs可能定位于内质网,其序列一致性为34.30%,保守位点达到20个。苦荞FtSUCs与拟南芥AtSUCs基因被聚为3类,FtSUCs中4个归入类型Ⅰ,2个归入类型Ⅱ,4个归入类型Ⅲ。苦荞FtSUCs蛋白主要由α-螺旋、不规则卷曲、延长链与β-折叠组成,其中9个FtSUCs包含跨膜结构域。幼苗发育过程中,FtSUCs基因间表达模式存在差异,其中,FtPinG0002608200.01、FtPinG0001943900.01、FtPinG0001944100.01在子叶期高表达,FtPinG0000342600.01表达量逐渐提高,FtPinG0001943500.01和FtPinG0009584000.01在各时期稳定表达,推测它们可能在不同发育阶段发挥特定功能。苦荞中多个FtSUCs基因存在显著正相关或负相关关系,暗示FtSUCs基因间可能存在协同效应或功能互补,进而共同调控蔗糖的跨膜运输。     

苦荞ARF基因家族的鉴定及生长素诱导下的表达模式

【目的】全基因组水平鉴定苦荞ARF家族基因,并对其家族基因结构、保守结构域、系统进化、组织表达差异及外源生长素处理下基因表达水平进行分析,为苦荞ARF的功能研究和利用奠定基础。【方法】通过转录组数据和ARF保守结构域(PF06507)分析,筛选苦荞ARF家族成员,利用TBtools软件绘制基因结构图,利用NCBI及MEME在线预测苦荞ARF蛋白保守结构域和保守基序,利用MEGA X构建苦荞和拟南芥、水稻、甜荞、甜菜、大豆ARF蛋白系统进化树。使用根、茎、叶、花、未成熟和成熟籽粒6个组织转录组数据的FPKM值,通过TBtools HeatMap绘制FtARFs基因表达热图,分析FtARFs的组织表达特异性。使用PlantCARE在线网站预测茎秆特异表达的FtARFs启动子的顺式作用元件。以0.5 mg·L^-1 IAA处理2份高秆(ZNQ189和PI673849)与2份矮秆(PI658429和PI647612)苦荞材料,观察苦荞下胚轴伸长的特征,于生长素处理不同时间段(0、0.5、1、6、12、24和48 h)取样,qRT-PCR检测FtARFs基因在不同苦荞下胚轴中...     

番茄CIPK基因家族鉴定及生物信息学分析

为挖掘番茄中CIPK基因家族成员序列信息,以拟南芥CIPK基因家族成员氨基酸序列为参照,用tBLASTn方法鉴定22个番茄CIPK基因家族成员,分析其理化性质。MEGA软件构建系统进化树、GSDS软件绘制番茄CIPK基因家族结构图。plantCARE对CIPKs上游1500bp顺式作用原件作功能预测。运用STRING软件探究番茄中CBL与CIPK基因家族互作情况,分析冷胁迫下番茄转录组数据确定番茄CIPKs表达情况。根据系统进化关系发现CIPK基因家族可分为八个亚组,每个亚组中均含番茄CIPK成员,存在多个平行同源基因对。SlCIPK基因分为内含子富集(11~14)和少内含子缺失(0~1)两类。经鉴定,在番茄CIPKs基因的上游1500bp序列中存在不同顺式作用元件,预测番茄CIPK基因家族在逆境胁迫中可能发挥作用,且番茄CBL-CIPK存在较多互作通路,可能在低温胁迫下发挥作用。研究结果为揭示CIPK家族成员生物学功能奠定基础。     

荞麦营养成分的检测及分析

测定结果表明：西藏日喀则地区的荞麦中富含蛋白质、脂肪、淀粉、维生素、矿物质、氨基酸等多种营养成分，与其它谷物和小麦、大米等相比，荞麦的蛋白质、脂肪含量较高，VB1，VB2，Vpp(烟酸），Vp(芦丁）的含量较为丰富，荞麦中含有多种易被人体吻收的矿物质元素，其中Mg含量较高，Fe含量较丰富。荞麦中含有8种人体必需氨基酸，且配比较合理。     

陆地棉ARF与LAV家族成员鉴定及表达模式分析

为了了解B3超家族在棉花纤维发育及色素代谢过程中的作用,应用生物信息学的方法,对陆地棉B3超家族中的ARF和LAV亚族成员的序列特征、染色体定位、保守基序、基因结构、系统进化以及表达模式进行分析。结果表明,在陆地棉基因组中鉴定出49个GhARF和8个GhLAV,通过表达模式分析表明,GhARF17、GhARF18、GhARF20、GhARF21、GhARF43、GhARF44、GhARF45、GhARF47、GhARF49以及GhLAV1、GhLAV3和GhLAV6在纤维不同发育时期的表达模式和纤维中原花青素含量变化趋势相符,推测可能参与纤维成色过程。     

谷子SnRK2家族基因的生物信息分析

[目的]植物SnRK2是一类蔗糖非酵解型蛋白激酶,在信号转导和非生物胁迫及生长发育中具有非常重要的作用。[方法]本文利用生物信息学的方法从谷子基因组中分析鉴定出10个SnRK2基因,并对这些基因的染色体分布、理化性质、内含子-外显子结构、系统进化和顺式调控元件进行了分析。[结果]谷子的SnRK2基因分布在基因组中不同的染色体上,外显子数目大多为9个。这些基因被分为3个亚组,且与拟南芥和水稻的分类一致。而且,这些基因的上游启动子序列含有多个不同的激素和非生物逆境应答顺式元件,这说明它们在逆境应答和激素信号转导中具有一定的功能。[结论]本文为进一步研究谷子SnRK2基因在非生物胁迫和激素应答中的作用奠定了基础。     

黄瓜AQP基因家族的鉴定与生物信息学分析

  目的  深入研究黄瓜Cucumis sativus水通道蛋白(aquaporin, AQP)基因家族(CsAQP)的相关功能。  方法  通过全基因组分析技术鉴定其家族成员,对其蛋白质理化性质、系统进化关系、选择压力、基因结构、保守基序、顺式作用元件、蛋白质互作进行分析。  结果  黄瓜基因组共有33个AQP基因,含有2~5个数量不等的外显子,在染色体上不均匀分布;根据物种进化关系将黄瓜AQP基因家族划分为5个亚家族;基因组重复序列分析表明:5号和6号染色体上各有2~3对基因串联重复;计算这些基因的同义替换(synonymous, K_s)和非同义替换(nonSynonymous, K_a)的比率,结果显示均小于1,表明其进化受纯化选择作用;顺式作用调控元件分析发现,大部分基因启动子区所含元件与激素调节、光响应、胁迫密切相关。  结论  通过黄瓜全基因组扫描,获得黄瓜基因组的33个AQP家族成员,分属于5个亚族,映射于7条染色体上。上游启动子区含逆境相关作用元件,且部分基因参与串联复制,历经纯化选择。图6表4参26     

蕙兰一个PEBP家族基因的克隆及生物信息学分析

为了初步探究蕙兰磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding proteins, PEBP)基因的特征与功能,以蕙兰花蕾期叶片为材料,利用反转录PCR(RT-PCR)结合cDNA末端快速扩增(RACE)技术克隆基因,使用在线生物信息学工具进行蛋白结构与功能预测,通过R语言和3个在线软件(CodonW、CHIPS和CUSP)分析该基因的密码子偏好性。结果表明,克隆得到的蕙兰PEBP基因包含531 bp长度的开放阅读框(ORF),对应编码氨基酸176个。该基因命名为CfPEBP(登录号MT795710)。生物信息学分析表明,CfPEBP分子式为C₈₈₂H₁₃₆₆N₂₅₄O₂₆₀S₅,分子量为19 848.39 u;等电点为 6.42;具有15个磷酸化位点。CfPEBP蛋白无信号肽结构域,具有PEBP功能域。进化树分析结果表明,CfPEBP蛋白与春兰FT进化距离最近,同源性为100%。分析显示,CfPEBP的密码子偏好性表现较弱;依据同义密码子相对使用度(RSCU)分析较强偏性密码子有GGC、AGA、AGU、AAG、CCA、CUC(RSCU≥2.00)。18个物种PEBP基因RSCU值分析表明,蕙兰HQ164434、文心兰KJ909968、文心兰EU583502、石斛MF063061、香蕉KF853468、牵牛AB154823的密码偏好性较强,均有25个以上RSCU值>1. 00的密码子。PEBP家族基因对于GGC、AGG、AGA、AGC、AGU、UGC、GAG、AAG、UAC、GCC、CCA、CUC的偏好性超过其他密码子。CfPEBP基因在蕙兰盛花期叶中相对表达量最高,花蕾期花蕾和盛花期花葶中表达量次之,其他组织几乎不表达。本研究为蕙兰PEBP家族基因功能的进一步研究提供了基础。