甘薯NAC转录因子家族的全基因组鉴定与分析

利用生物信息学方法对甘薯(Ipomoeabatatas)基因组中NAC转录因子进行鉴定、保守结构域分析、motif查找、染色体定位、系统进化树分析以及逆境胁迫下基因表达分析。结果表明:甘薯全基因组序列中含有91个NAC转录因子基因,非均匀分布于甘薯15条染色体上;系统进化树及motif分析结果显示,91个甘薯NAC家族成员可分为16个亚组,共包含20个motif,其中大部分家族成员中均含有motif2、motif4、motif1、motif8和motif3,这5个motif分别对应NAC结构域中的5个子域A、B、C、D和E。在与拟南芥(Arabidopsis thaliana)NAC转录因子共同构建的进化树中,有64个甘薯NAC家族成员被归入拟南芥NAC基因家族的14个亚组,其中,NAC2亚组包含的成员数最多,有9个,TIP和AtNAC3亚组均仅有1个。转录组数据分析结果显示,在蔓割病菌(Fusarium oxysporum f. sp. batatas, Fob)胁迫下甘薯NAC基因家族中有10个基因的表达量发生变化;而在低温环境下有25个NAC基因差异表达。本研究结合利用基因组与转录组数据分析,该结果为进一步研究甘薯NAC基因家族的功能提供参考。     

花生白藜芦醇和查尔酮合成酶基因的鉴定与表达分析

花生含有丰富的白藜芦醇，具有很好的营养价值和保健功能。白藜芦醇合酶（STS）是白藜芦醇合成途径中的关键酶。本研究运用生物信息学方法，从花生基因组数据中鉴定出了50个STS基因，17个编码查尔酮合成酶CHS基因；两者同属聚酮化合物合成酶家族。对所鉴定基因组家族成员的染色体定位、系统发育、外显子-内含子结构、基因表达模式分析，结果表明大量STS基因在根、种皮、果皮、果针中高量表达，45个STS和8个CHS基因均应答紫外胁迫。本研究结果为花生STS/CHS基因家族成员的功能鉴定提供有价值的参考信息，为花生的品质改良提供理论依据与基因资源。     

花生1,3,4-三磷酸肌醇5/6激酶ITPK家族基因的鉴定和分析

1,3,4-三磷酸肌醇5/6-激酶（ITPK）是一种保守的多功能酶,调控磷酸肌醇的代谢过程,广泛存在于动植物和线虫中。本研究从两个野生种花生基因组（Arachis duranensis 和Arachis ipaensis）中获得AdITPK 家族基因7个,AiITPK 家族基因7个,利用生物信息学手段,系统地分析花生ITPK 家族基因生物学特征。结果表明,AdITPKs 和Ai⁃ITPKs 基因的染色体定位相似,在03号和05号染色体上都分别有2个ITPK 家族成员,AdITPKs 在A01、A08和A10号 染色体上各1个,AiITPKs 在B01、B07和B10号染色体上各1个;花生各ITPK 基因含外显子数量在1~10个不等,可编码220~483个氨基酸;进化关系分析显示花生ITPK 家族基因可分为3个亚家族;基于保守结构域分析显示,此家族蛋白含有4~6个保守结构基序。两基因组同源基因的二级结构相似性较大,而AdITPK5和AiITPK5、AdITPK6和AiITPK6两对同源基因例外;大部分基因的三级结构皆相似,但AdITPK1、AdITPK6、AiITPK1和AiITPK6与其余基因明显不同;花生ITPK 家族基因在各器官中表达量不同,在发育前期的种子、根系和根瘤中表达较高。本研究为花生ITPK 基因的后续研究奠定理论基础,为明确ITPK 对花生生长中的调控作用提供了依据。     

大豆TCP转录因子家族结构域分析及功能预测

利用已知的拟南芥TCP基因和大豆基因组数据库,通过生物信息学方法,鉴定并获得了大豆TCP家族基因序列,基因定位信息。共鉴定大豆TCP基因54个,分布在大豆除14号染色体外的其他19条染色体上。对54个基因进行进化和聚类分析及功能结构域的分析,发现全部具有高度保守的TCP结构域。根据结构域差异和系统发育分析的结果,将大豆TCP转录因子家族分成2个TCP亚家族。以生物信息学手段和已有的其他物种的TCP基因进行了比较分析,大豆TCP基因占总数的3.5%,与拟南芥同源基因比较,序列长度存在相似性。对启动子元件分析显示,TCP基因含有大量与在子叶、根、茎处大量表达有关的元件及对分生组织有作用的元件。     

水稻萌发期激素信号转导和谷胱甘肽代谢转录分析

【目的】利用转录组测序技术,探究水稻萌发过程中激素信号转导和细胞内部氧化还原平衡的调控机理,以期增加对萌发过程中复杂调控机制的理解,促进萌发期基因组转录调控网络的构建,并挖掘调控种子萌发的相关基因,为水稻直播稻新品种选育提供理论参考。【方法】利用萌发0、24和48 h的种子进行动态转录组测序分析,以差异倍数≥2、错误发现率≤0.05为阈值筛选差异基因,并利用Gene Ontology(GO)和KEGG Pathway数据库对萌发不同阶段的差异基因进行分析注释;同时利用实时荧光定量PCR对测序结果进行验证;最后运用String蛋白互作数据库以combined_score≥0.9为阈值分析差异基因的蛋白互作网络。【结果】在种子萌发前期鉴定到8719个差异基因,而在萌发后期仅鉴定到3480个。GO和KEGG富集结果均显示与激素信号转导相关的基因主要在萌发前期被诱导,特别是生长素信号转导途径中的GH3家族基因在萌发前期均受到显著诱导;而谷胱甘肽代谢途径中的基因在萌发后期转录更为活跃,其中谷胱甘肽-S-转移酶基因富集最多。此外,两个异柠檬酸脱氢酶基因在萌发过程中被显著诱导,经蛋白互作预测发现两个异柠檬酸脱氢酶基因与GH3家族基因可能存在相互作用。【结论】在种子萌发前期,生长素信号转导途径中的GH3家族基因可能在减弱生长素信号以及降低生长素活性方面发挥着重要作用,其高表达能降低生长素对种子的休眠作用,促进萌发启动;在种子萌发后期,谷胱甘肽代谢途径中的谷胱甘肽-S-转移酶基因可能在细胞抵抗氧化胁迫中发挥主要作用;此外,在整个萌发过程中,GH3和异柠檬酸脱氢酶家族基因的相互作用可能在实现激素转导途径和谷胱甘肽代谢途径的交互串联作用、共同调控种子萌发方面具有重要意义。     

大麦ARF基因家族的全基因组分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)基因家族是植物特有的转录因子家族,在调控植物生长发育过程中起到重要作用。而关于大麦ARF基因家族全基因组分析的研究尚未见报道。为进一步探讨大麦ARF基因的功能,以公布的大麦栽培品种Morex的基因组数据为基础,采用生物信息学方法鉴定了大麦ARF基因,并对其结构、染色体分布、蛋白保守结构域、系统进化树及表达谱进行了分析。结果表明,共鉴定出了17个大麦ARF基因,除4号染色体外,其余6条染色体上均有分布,片段复制事件是大麦ARF基因家族的主要扩张方式;HvARF蛋白均具有保守的B3结构域和Auxin_resp结构域,而Aux/IAA结构域仅存在于12个HvARF蛋白中,且不同蛋白所含该结构域1~2个不等;不同植物中ARF基因在功能上具有保守性;不同组织器官中HvARF基因的表达存在明显的差异。     

花生WRI1基因家族的全基因组与表达谱分析

花生(Arachis hypogaea L.)是世界范围内重要的油料与经济作物之一。转录因子WRINKLED1(WRI1)在植物油脂生物合成途径中起着重要作用。尽管花生基因组序列已经公布,但国内外尚缺乏对花生中WRI1基因家族的全基因组分析。本研究从二倍体花生野生种和四倍体栽培种的参考基因组中鉴定出20个WRI1转录因子,经分析表明它们均为亲核蛋白,位于细胞核内,二级结构主要由无规卷曲和α-螺旋组成,20个WRI1基因的结构中含有5～8个内含子。系统发育分析表明,花生WRI1基因与其他物种的WRI1成员有密切关系。转录组数据表明种子中WRI1表达高于其他组织,q RT-PCR结果进一步表明WRI1表达随种子成熟水平逐渐增加。本文对花生基因组中WRI1全基因组的鉴定和表达分析,为进一步探讨WRI1基因在种子发育过程中的功能提供了依据。     

甘蓝型油菜BnNAC转录因子鉴定与非生物胁迫响应分析

为了明确油菜NAC家族转录因子在非生物胁迫响应中的功能,通过油菜全基因组鉴定获得了379个Bn⁃ NAC转录因子家族成员,系统进化分析将其分为17个亚族。启动子作用元件分析显示BnNAC家族成员广泛参与 光响应、干旱胁迫响应、低温胁迫响应、生物钟调控等进程,同时参与ABA、茉莉酸甲酯、赤霉素、生长素、水杨酸等 激素信号途径。不同胁迫条件下基因表达分析发现,BnNAC家族基因受温度、盐、渗透等胁迫及ABA诱导调控。过 表达BnNAC253 基因使拟南芥对盐胁迫、渗透胁迫和ABA处理更为敏感。     

蓖麻RcWD40家族鉴定与表达分析

植物中的WD40蛋白家族通过蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA的互作,参与生物过程,该家族的重要成员TTG1在拟南芥中抑制种子脂肪酸的过早积累。为揭示油料作物蓖麻中RcWD40基因家族及RcTTG1基因的表达特征,利用生物信息学手段在全基因组水平鉴定到182个RcWD40家族成员,其中RcWD40-181为RcTTG1基因,并对它们的系统发育、保守结构域及表达模式等进行分析。根据进化树结构和保守域组成分别将RcWD40家族成员分为8个cluster和28个亚家族。此外,转录组分析显示RcWD40在蓖麻的花、叶、根、茎以及各发育时期种子中具有多样的表达模式,预测家族基因可能调节这些组织的生长发育。启动子区域转录因子结合位点及种子发育表达分析结果预测RcTTG1可能承担与AtTTG1相似的脂肪酸积累负调节功能。     

花生Argonaute 基因家族全基因组鉴定与表达模式分析

AGO蛋白（Argonaute protein）是RNA诱导沉默复合体的关键组分,在植物生长发育中发挥重要作用。花 生基因组测序的完成为全基因组水平上分析AGO抗病基因提供了条件。利用AGO蛋白的保守域在花生基因组数 据库与NCBI中进行同源比对,鉴定得到花生AGO 基因家族所有成员。我们基于生物信息学对AGO蛋白家族的进 化关系、理化性质、染色体定位、基因结构、结构域、不同组织中和胁迫下的表达模式等进行分析。结果表明：试验 共鉴定得到51个花生AGO 基因,包括12个A.duranensis 基因,12个A.ipaensis 基因以及27个栽培种花生AGO 基因。 染色体定位分析结果显示这些基因不均匀地分布在花生染色体上,且A.duranensis 与A.ipaensis 基因组上有10对成 员存在较为明显的同源关系。表达模式分析表明AdAGO2、AiAGO4、AdAGO3、AiAGO7、AdAGO8、AiAGO8 基因在花生 22个组织中整体表达量偏高;而花生茎尖（Shoot Tip）与雄蕊（Stamens）中AGO 基因家族呈现较高表达量。本研究结 果为揭示AGO蛋白功能和发掘花生的抗逆育种靶向基因资源提供了一定的理论依据。     

花生CONSTANS-Like（COL）家族基因的克隆与表达分析

开花是植物从营养生长到生殖生长的重要过程,CONSTANS-Like（COL）基因是植物光周期诱导开花途径中的关键转录因子,但是在花生中的具体功能尚不清楚。本研究通过生物信息学的方法对花生COL 基因家族成员序列特征、系统进化关系、基因结构、保守结构域及表达模式进行分析,最终克隆了17个AhCOL 基因（AhCOL1-Ah⁃COL17）。花生17个AhCOL 基因氨基酸长度范围为327aa~617aa,等电点（pI）均小于7,在蛋白质序列的氮端与碳端 均含有保守的BBX和CCT结构域。此外,不同组织中的基因表达模式分析,表明多数AhCOL 基因在叶片中的表达量显著高于其他组织。不同时期的表达量分析表明多数AhCOL 基因的表达量从苗期到开花期呈现递增。本研究为研究花生AhCOL 基因的潜在功能奠定了重要基础。     

豆科全基因组DGAT 基因家族的鉴定与进化分析

本文运用生物信息学方法在12个豆科植物基因组中对DGAT（甘油二酯酰基转移酶）基因进行了全基因组鉴定，发现在四倍体花生和大豆基因组中含有的基因拷贝数相对较多，分别为17、10，这可能是导致其油脂合成能力高于其他作物的重要因素。通过对家族基因进行系统发育分析，发现DGAT 基因在真双子叶植物分化之前已存在，在豆科植物中经历反复的全基因组加倍，使得家族得到扩张；并且串联重复对于家族扩增起到了不可忽视的作用，如葡萄中的两个旁系同源基因，由于串联重复使得基因拷贝数量提高了150%。大豆中DGAT 基因在不同的组织中表达模式与其系统发育关系也表现出了关联性。该基因家族相对保守，与豆科基因组进化基本保持了一致的进化速率。本研究对于认识豆科植物DGAT 基因进化过程具有重要的理论意义，同时在基因组学水平为大豆、花生等油脂合成品质改良提供了理论支撑。     

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。     

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。     

甘蓝型油菜BnaA06.mTERF1基因的功能及进化分析

在高等植物中,线粒体转录终止因子(mTERF)影响线粒体或叶绿体的基因表达及植物对逆境的反应等生物学过程。为了研究甘蓝型油菜中线粒体转录终止因子1(mTERF1)的功能,本研究以甘蓝型油菜品种中双11号为材料,在A06连锁群上克隆了mTERF1,该基因编码285个氨基酸,含有5个mTERF功能结构域。利用生物信息学分析筛选到37个甘蓝型油菜mTERF家族蛋白,并进行了系统进化树、基因结构及染色体定位分析。此外,构建甘蓝型油菜BnaA06.mTERF1基因的功能互补表达载体,转化拟南芥mTERF1(soldat10)突变体后,拟南芥的表型恢复到野生型(Ler),说明该基因在油菜和拟南芥中具有保守的功能。本研究填补了油菜中线粒体转录终止因子研究的空白,为进一步探究油菜中线粒体转录终止因子的分子功能奠定了基础。     

花生紫色酸性磷酸酶基因家族的鉴定及表达分析

紫色酸性磷酸酶（purple acid phosphatase, PAP）是一类金属磷酸酯酶,参与植物的磷素利用、碳代谢、细胞壁合成等多种生理功能,尤其是对磷缺乏的适应。本研究利用生物信息学手段在花生（Arachis hypogaea L.）全基因组水平上对PAP基因家族进行了鉴定,并对其系统进化关系、保守结构域、基因结构以及它们在22个组织中的表达模式进行了分析。结果表明：花生基因组中有39个AhPAP基因,氨基酸序列长度为205~905,等电点大多数都小于7,蛋白质C端均含有金属磷酸酶结构域。以花生、拟南芥、水稻、苜蓿共74个PAP蛋白构建的系统发育树可分为四组,每组中都含有来自不同物种的PAP,并没有因为物种差异而各自聚为一类。AhPAP基因家族中部分成员的表达具有组织特异性,arahy.P03NME、arahy.DAPS6C在根瘤中表达量最高,而它们在其他组织中表达量较低或未检测到表达。本研究为揭示AhPAP基因家族在花生中的生物学功能奠定了基础。     

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。