‘月月粉’月季PP2C家族基因鉴定及非生物胁迫响应分析

利用生物信息方法从月季‘月月粉’(Rosa chinensis ‘Old Blush’)基因组中共鉴定出69个PP2C家族成员,其编码氨基酸的长度在122～1 082 aa之间,等电点介于4.03～9.34,大部分蛋白呈亲水性。系统进化树分析将其分为12个亚族,同一亚族内基因结构和保守基序具有较高的相似性。基因片段复制事件是PP2C家族基因扩张的主要原因。启动子顺式作用元件分析表明约85%的月季PP2C含有逆境应答元件、激素应答元件等,推测其在响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用。月季PP2C基因的表达具有组织和发育时期特异性,且部分基因参与干旱和高温胁迫响应过程,其中3个A亚族基因在干旱胁迫中响应明显,1个A亚族基因和2个G亚族基因在高温胁迫中响应明显。通过qRT-PCR分析11个不同亚族PP2C基因在月季失水胁迫和ABA处理下的表达模式,发现6个A亚族基因(RC0G0099200、RC1G0458700、RC1G0569200、RC2G0066800、RC2G0089100和RC5G0571100)和1个G亚族基因(RC3G0083700)的表达量显著升高,表明这些基因可能受ABA诱导...     

向日葵LACS家族鉴定及响应非生物胁迫表达分析

利用生物信息学技术从向日葵（Helianthusannuus）基因组中鉴定了13个长链酰基辅酶A合成酶（long-chain acyl-CoA synthases,LACSs）家族基因,其分布在向日葵8条染色体上。系统发育树显示,HaLACS家族成员分为6个亚族,且同一亚族成员具有相似的基因结构和蛋白保守基序。基因复制分析发现HaLACS家族扩增的主要因素是片段复制。HaLACS的启动子区域富含逆境响应和植物激素调控相关元件。表达谱分析显示HaLACS在向日葵不同组织中的表达存在差异。比较2个向日葵品种（高/低亚油酸含量）中HaLACS在种子发育不同阶段的表达,HaLACS呈现差异表达。qRT-PCR结果表明,200mmol·L-1 NaCl处理24 h后,7个HaLACS在茎中的表达量与同期对照相比显著上调;100μmol·L-1 ABA处理3 h后,8个HaLACS在根中的表达量显著上调;15%PEG 6000模拟干旱胁迫后,多数HaLACS在不同组织中呈现诱导表达。综上,向日葵LACS基因家族不仅参与了向日葵脂质的合成,而且在应对非生物胁迫时发挥重要作用。     

葡萄APX基因家族的鉴定与表达分析

【目的】当植物遭受土壤盐碱、干旱和低温等非生物逆境胁迫时,其体内产生大量活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS),影响植物正常生长发育甚至死亡。抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate Peroxidase, APX)能够有效清除逆境胁迫下产生的ROS,从而保护植物免受损害。本研究旨在葡萄全基因组中鉴定出APX基因家族成员,并探究其在非生物胁迫下的表达情况,为后续葡萄抗逆基因的挖掘和功能研究提供理论依据。【方法】以生长30 d的葡萄‘黑比诺’试管苗为材料,通过生物信息学方法分析该基因家族的理化性质、系统进化、启动子顺式作用元件分布、基因芯片表达情况,利用qRT-PCR分析该基因家族成员在不同逆境胁迫下表达情况。【结果】葡萄APX基因家族具有7个成员,其氨基酸数目分布在104～421,等电点(Isoelectric Point, pI)介于5.75～8.77。系统进化分析发现,葡萄VvAPX与水稻OsAPX同源性较高,拟南芥AtAPX次之。蛋白质二级结构以α-螺旋和不规则卷曲为主。亚细胞定位预测发现,VvAPX基因在叶绿体、线粒体和细胞质中表达较高。VvAPXs基因均含有A活性位点、H结合位点以及motif1保守基序。顺式作用元件分析结果发现,VvAPXs基因家族所有成员中均含有干旱胁迫应答元件(MYB)和抗旱元件识别位点(MYC)。基因芯片表达图谱显示,在高盐、PEG、低温处理条件下,与CK3相比7个基因均上调表达,其中VvAPX04较明显。qRT-PCR结果表明,VvAPX04在200 mmol·L~(-1)NaCl处理下与对照相比显著性上调,是对照的14.5倍,在10%PEG处理下的表达量是对照的1.5倍。VvAPX05在10%PEG处理下与对照相比显著性上调,是对照的1.5倍。【结论】初步鉴定并提供了葡萄APX基因家族成员信息,预测了所具有的部分功能,为进一步研究葡萄APX基因参与非生物逆境胁迫的机制提供参考。     

葡萄CHS基因家族鉴定与表达分析

【目的】明确葡萄查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)基因家族响应外源激素和非生物胁迫的表达模式。【方法】利用生物信息学方法对葡萄CHS基因家族成员进行理化性质、系统进化、共线性、顺式作用元件等分析。采用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)检测VvCHS基因在外源激素和非生物胁迫下的表达情况，将筛选出的VvCHS3基因构建植物表达载体并进行烟草瞬时转化以确定其表达位置。【结果】在葡萄基因组中共鉴定出7个VvCHS基因成员，分布于5条不同的染色体上，蛋白质二级结构以α-螺旋和不规则卷曲为主。系统进化和基因对选择压表明，CHS基因家族基因可分为三大亚族，葡萄CHS基因家族与其他物种之间主要进行纯化选择。共线性分析表明，VvCHS3与VvCHS4、VvCHS3与VvCHS5、VvCHS4与VvCHS5之间存在共线性关系。顺式作用元件预测结果表明，大部分VvCHS基因成员可能同时对多种逆境胁迫有响应。qRT-PCR分析发现，VvCHS基因具有明显的组织特异性，在根中表达水平最高，茎中表达水平最低。在5 mmol·L     

葡萄PP2C家族基因的鉴定与表达分析

参考拟南芥（Arabidopsis thaliana）的PP2C基因注册序列,从葡萄（Vitis vinifera）全基因组中鉴定得到PP2C家族基因27个,分为10个亚族A、C ~ I、K、L。编码氨基酸181 ~ 1 084个,理论等电点4.46 ~ 8.98。亚细胞定位分析表明,葡萄PP2C基因家族主要在细胞质、叶绿体和细胞核中表达。二级结构主要以α–螺旋和不规则卷曲为主。葡萄PP2C基因芯片表达谱分析发现,该家族成员在葡萄不同组织中响应不同的逆境胁迫。qRT-PCR分析表明,葡萄试管苗在100和50 mmol ? L-1 ABA、10% NaCl和10% PEG单独处理6 h后VvPP2C02的诱导表达量最高,分别是对照的11倍、8倍、14倍和13倍。     

葡萄Trihelix转录因子家族生物信息及其基因表达分析

利用生物信息学分析、预测葡萄Trihelix转录因子家族基因的特性与功能,为葡萄抗逆基因的挖掘和利用提供理论依据。以‘红地球’葡萄(Vitis vinifera)试管苗为试验材料,对葡萄Trihelix转录因子家族进行理化性质、染色体定位、二级结构预测、亚细胞定位、基因结构分析、motif以及基因芯片表达分析,并利用qRT-PCR技术分析该家族基因在400 mmol·L~(-1) NaCl、100 mmol·L~(-1) ABA和10%PEG逆境下的表达情况。结果表明,该转录因子家族在葡萄基因组中总共有27个成员,分布于11条染色体上,其中有10个成员集中分布在第14号和17号染色体上;氨基酸残基为175～880个,大多数具有疏水性。亚细胞定位分析表明,该基因家族主要存在于细胞核中。结构域分析显示,同一亚家族蛋白保守域结构高度相似。基因芯片表达结果显示,非生物胁迫下,叶片中VvTrihelix6在PEG处理24 h后与对照相比呈显著上调趋势,当用NaCl处理4h和24h后,与叶片对照相比有下调表达趋势;用ABA处理果实3d后,该基因在果实中呈下调表达,处理10d后变化不明显。叶片中VvTrihelix19转录因子经PEG、NaCl和冷胁迫处理24 h后明显下调;果实用ABA处理3 d和10 d后均有明显下调趋势。qRT-PCR分析表明该转录因子家族所有基因对逆境胁迫具有响应作用,但是,不同成员在不同逆境胁迫下的响应程度存在一定的差异。转录因子VvTrihelix6在400 mmol·L~(-1) NaCl和100 mmol·L~(-1) ABA处理下表达量极显著高于对照,分别是对照的15倍和8倍;VvTrihelix19只在10%PEG胁迫处理后呈显著上调表达。     

草莓LIM家族候选基因的鉴定及在非生物胁迫下的表达

利用NCBI、GDR数据库对草莓LIM家族候选基因在草莓基因组水平进行生物信息学分析,鉴定获得4个亚族37个候选LIM基因,其中9个来自森林草莓(Fragaria vesca L.),28个来自凤梨草莓(F. ananassa Duch.)。草莓LIM家族候选基因主要分布在细胞核;其密码子偏好性较弱,偏向使用以A/T结尾的同义密码子。FvLIM和FaLIM启动子序列上游2 kb区域包含大量激素及非生物胁迫响应元件。10%PEG、200 mmol·L-1 NaCl、4℃低温胁迫下,随着处理时间延长LIM家族候选基因在凤梨草莓‘红颜’中比森林草莓中上调趋势更明显。4℃低温处理下,森林草莓中以FvLIM5(12 h)和FvLIM7(24 h)上调最为明显,而凤梨草莓‘红颜’中以FaLIM25(12 h)和FaLIM18(24 h)上调最为显著,总体对低温响应较明显。实时荧光定量PCR分析结果表明,草莓LIM家族候选基因在不同组织中的表达量存在一定差异,在根和花中的表达量偏高。综合以上分析结果,预测草莓LIM家族候选基因可能在响应非生物胁迫以及根和花的发育中发挥重要作用。     

柑橘转录因子基因CitMYB22的分离、表达及亚细胞定位分析

以‘资阳’香橙(Citrus junos‘Ziyang’)为材料,利用RT-PCR技术,分离到1个MYB基因,CitMYB22。比对分析发现,CitMYB22含有两个内含子,开放阅读框(ORF)为696 bp,可编码231个氨基酸残基的多肽。氨基酸聚类和结构分析表明,CitMYB22属于MYB类转录因子家族中的R2R3-MYB亚家族。进化树分析表明,CitMYB22与拟南芥参与逆境响应的R2R3-MYB亚家族成员At MYB15的同源性最高。克隆CitMYB22的ATG上游2 500 bp内启动子顺式元件,预测其含有多个与植物逆境和激素应答相关的顺式作用元件,如HSE、SARE和MBS等。亚细胞定位结果显示CitMYB22蛋白定位在细胞核中。实时定量结果表明,CitMYB22在叶、花中的表达量明显高于根和幼果,且在外源脱落酸、水杨酸、甲基茉莉酸、1–氨基环丙烷基羧酸以及高盐、脱水和4℃低温等非生物逆境胁迫下,均被诱导上调表达,推测CitMYB22可能与‘资阳’香橙的抗逆性相关。     

葡萄生长调控因子GRF家族基因的鉴定及表达分析

开展葡萄生长调控因子GRF(Growth-regulating factor)家族成员的基因结构、蛋白保守基序、亚细胞定位预测、同线性、系统进化树及顺式作用元件等分析；利用qRT-PCR技术开展有核和无核葡萄不同组织器官、种子发育不同时期及激素响应表达模式分析。葡萄GRF家族共有8个成员，其中7个分布于6条染色体，编码氨基酸数为213～604，所有成员均定位于细胞核。根据进化关系分为4组(A～D)，同组VvGRF的外显子—内含子结构、保守基序数和类型均具有保守性。所有葡萄GRF蛋白N端均含有QLQ和WRC保守结构域，C端至少含有TQL或FFD结构域之一。同线性分析发现，VvGRF3和VvGRF4存在并联重复。VvGRF启动子区发现大量与生长发育、激素响应及胁迫响应相关顺式作用元件。大部分VvGRF在营养器官叶片中高表达，VvGRF2在生殖器官花和果实中高表达；VvGRF3和VvGRF6在无核葡萄种子发育过程中表达量显著高于有核葡萄，而VvGRF8在有核葡萄种子发育前期表达量显著高于无核葡萄；VvGRF响应GA₃和IAA诱导，且大部分基因在处理0.5或1 h后下调。     

‘芙蓉李’糖转运蛋白家族基因鉴定及表达分析

基于‘芙蓉李’（Prunus salicina）基因组数据,采用生物信息学分析方法鉴定糖转运蛋白家族基因,并对其蛋白质理化特性、亚细胞定位、系统进化树、蛋白质保守结构域以及表达模式进行分析。共鉴定出49个该家族基因,根据保守结构域和系统发育分析将其分为7个亚家族。蛋白质介于313～948个氨基酸之间,预测定位于质膜或液泡膜;所有的蛋白都含有保守的糖转运体结构域（PF00083）,其中大多数含有12个跨膜螺旋。通过比对‘芙蓉李’果实发育过程的RNA-seq数据,对49个基因进行表达谱分析,其中15个在果实不同发育阶段差异表达;qRT-PCR分析表明,15个差异表达基因中有9个基因与果实葡萄糖和蔗糖含量显著正/负相关,其中1个肌醇转运蛋白亚家族基因（PsINT4）、1个糖转运蛋白亚家族基因（PsSTP11）、1个糖促进蛋白亚家族基因（PsSFP5）和1个液泡单糖转运蛋白亚家族基因（PsTMT1）在‘芙蓉李’果实发育过程中具有较高的表达量,可能在‘芙蓉李’果实发育和成熟过程中对糖分积累起重要作用。     

马铃薯CHI家族基因鉴定及其对外源水杨酸和茉莉酸的响应分析

利用拟南芥几丁质酶(Chitinase,CHI)基因家族蛋白序列在马铃薯基因组内进行Blast P分析,获得马铃薯CHI家族成员,并对其进行基因结构分析、motif预测、进化树构建、顺式作用元件和组织表达分析。共有26个马铃薯CHI基因成员得到鉴定,其所有成员均含有较少的内含子,其中motif 1~motif 6均含有具有催化功能的GH19结构域。一共检测到166个胁迫或激素响应元件。进化树分析显示,CHI分为6个亚家族。马铃薯几丁质酶基因在不同组织中差异表达并且在水杨酸或茉莉酸处理后诱导表达,暗示水杨酸和茉莉酸对几丁质酶家族有不同的调控作用。     

石斛JmjC基因家族的鉴定及响应不同光周期的表达分析

利用生物信息学方法对石斛组蛋白去甲基化关键酶基因JmjC进行全基因组鉴定，通过qRT-PCR检测DoJMJ组织表达模式及对不同光周期的响应。结果表明，在铁皮石斛（Dendrobium officinale）基因组上共鉴定到17个JmjC，保守结构域分析结果显示，该家族蛋白划分为5个亚家族（JARID1、JHDM3、JHDM2、JMJD6和JmjC-only），各亚家族所含保守结构域数量不等；基因结构分析发现，各亚家族的外显子和内含子数量有所差异，同一亚家族具有相似的外显子/内含子结构；启动子顺式作用元件分析发现DoJMJ家族成员启动子区域有诸多Auxin、ABA、GA、MeJA、SA等激素响应元件及光、干旱、低温、防御和胁迫等环境信号响应元件；qRT-PCR数据表明，金钗石斛（Dendrobium nobile）中该家族10个成员在茎和叶片中表达量较高，少数成员在根中的表达较高，所有成员在果实中表达均较低，推测DoJMJ主要在茎和叶片发育过程发挥作用；此外，该家族成员在不同光周期下呈现不同的表达模式，11个成员在12 h（光照）/12 h（黑暗）下表达量较高，少数成员在4 h/20 h、8 h/16 h、24 h/0 h光周期下高表达。     

桃Aux/IAA家族基因鉴定及在果实成熟过程中的表达分析

通过生物信息学鉴定桃基因组中生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)基因家族,并对其在溶质型和硬质型桃果实成熟阶段的表达水平进行q RT-PCR检测。结果表明:桃Aux/IAA基因家族包含22个成员,这些基因集中分布在5条染色体上,以第1条染色体上含有最多,为8个。大部分Aux/IAA基因包含高度保守的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ功能域,聚类分析表明其分为10类。基因结构分析显示这些基因包含2~5个外显子。荧光定量PCR分析表明10个Aux/IAA基因在溶质型桃果实的表达量高于对应时期硬质型桃果实,其中5个基因随着溶质型桃果实的成熟上调表达,特别是ppa010303m、ppa010871m和ppa020369m。试验结果表明桃Aux/IAA家族成员在结构上高度保守,其中多个成员(尤其是ppa010303m、ppa010871m和ppa020369m等)可能参与调控桃果实的成熟。     

VvmiR397a及其靶基因VvLACs在葡萄果实发育中的作用分析

以‘魏可’葡萄（Vitis vinifera‘Wink’）为试材,克隆了葡萄VvmiR397a前体基因（594 bp）,其可折叠成典型的茎环结构;同时鉴定了其成熟体序列（21 bp）,并为其预测到5条靶基因VvLAC4、VvLAC7、VvLAC11、VvLAC14和VvLAC17,它们属于木质素合成的关键酶漆酶家族（Laccase,LACs）。靶基因的domains、motif序列分析及三级结构预测显示,漆酶蛋白序列均具有3个相同的Cuoxidase结构域,其motif元件类型及排列顺序、三级结构均相似,表明漆酶结构较为保守。推测其功能比较保守,74个漆酶基因的进化分析显示葡萄漆酶基因与杨树漆酶基因亲缘关系近于拟南芥,葡萄漆酶基因在木本植物中的保守性高于草本植物。VvmiR397a及VvLAC4、VvLAC11、VvLAC14和VvLAC17的启动子均具有赤霉素响应顺式作用元件（TATC-box、GARE、P-box）,表明它们可能响应GA参与葡萄生长发育的调控。荧光定量PCR表达分析显示,VvmiR397a能被GA诱导显著上调,且在幼果、花和成熟叶中具有高的表达,其他组织中表达相对较低,尤其在幼果中表达量最高,硬核期表达量最低;而其靶基因VvLACs表现出相反的表达模式,在硬核期有最高表达,而该期是葡萄果核木质素合成量最大的时期,表明VvmiR397a可能通过负调控VvLACs参与葡萄果核发育的调控。利用RLM-RACE和PPM-RACE验证了VvmiR397a对VvLACs的裂解作用,且在幼果中裂解作用最强,而在硬核期果实中裂解作用最弱,与VvmiR397a的表达趋势相似。     

香蕉漆酶基因家族鉴定及低温胁迫下的表达分析

为研究香蕉漆酶基因家族成员的功能,采用生物信息学方法鉴定香蕉漆酶基因成员,分析其低温胁迫下的表达情况,为香蕉抗寒研究提供理论依据。从香蕉A（Musa acuminata）基因组筛选了22条漆酶基因（MaLAC）,从香蕉B（Musa balbisiana）基因组筛选了11条漆酶基因（MbLAC）,通过生物信息分析发现MaLAC比MbLAC更保守。分子进化树分析结果表明MaLAC可分为5类,MbLAC可分为4类。启动子顺式作用元件分析结果表明,MaLAC启动子序列包含大量光响应、激素应答及非生物胁迫等应激响应元件,推测MaLAC基因家族在响应逆境胁迫的过程中发挥重要作用。利用qRT-PCR技术对MaLAC部分成员在响应不同低温胁迫的表达情况进行分析,MaLAC3-2、MaLAC4、MaLAC4-5、MaLAC17在低温（13、4、0 ℃）处理下表达量均极显著高于对照（28 ℃）,推测可能在香蕉响应低温胁迫的过程中发挥重要作用。预测香蕉MaLAC家族有18个成员受miRNA调控,主要受miR397和miR408的调控;推测香蕉MaLAC可能参与miRNA调控途径。     

大花红景天谷胱甘肽 S-转移酶基因的分离与鉴定

以西藏大花红景天为试材,利用生物信息学和实时荧光定量PCR技术对谷胱甘肽S-转移酶(GST)基因家族中的11个成员进行分析,以期为红景天属GST家族基因的功能研究提供参考。结果表明:基于蛋白质序列比对可以将11个大花红景天RcGSTs基因分为6个亚组,分别为tau类(RcGSTU1、RcGSTU2、RcGSTU3);phi类(RcGSTF1、RcGSTF2、RcGSTF3、RcGSTF4);lambd类RcGSTL;微粒体类RcGSTM;theta类RcGST1;zeta类RcGSTZ。在线网站分析结果显示仅RcGSTM具有跨膜结构域,并定位于细胞膜,其它RcGSTs均无跨膜结构域并定位于细胞质。组织特异性与胁迫诱导表达模式结果表明,RcGSTs基因具有不同的组织表达特异性;低温胁迫下4个基因表达水平上调,7个基因下调;且脱落酸(ABA)可以诱导RcGSTs基因表达。     

辣椒β–酮脂酰辅酶A合酶基因家族的鉴定与表达分析

为深入了解β–酮脂酰辅酶A合酶(β-ketoacyl-CoAsynthase,KCS)基因家族在辣椒基因组中的特征,利用生物信息学方法鉴定所有KCS基因家族成员,对基因染色体定位、系统发育关系、基因结构、蛋白保守基序和组织表达模式等进行分析,并通过qRT-PCR方法检测基因在高温、低温和NaCl胁迫下的响应。从辣椒基因组中共鉴定出22个KCS家族基因,其不均匀地分布在辣椒的9条染色体上;系统发育分析表明辣椒KCS基因家族可分为4组,每组含有不同数量的基因;该家族成员含有0~3个内含子,保守基序有6~14个;KCS家族基因具有不同的表达模式;高温、低温和NaCl处理可以抑制或激活该家族成员的表达。     

柑橘抗逆基因NAC83的克隆与表达分析

以柚[Citrus maxima（Burm.）Merr.]、枳[Poncirus trifoliata（L.）Raf.]和柠檬[C. limon（L.）Burm. f.]实生苗为试材,使用电子克隆和RT-PCR的方法从中克隆到3个新的NAC蛋白基因,分别命名为CmNAC83、PtNAC83和ClNAC83;并用qRT-PCR技术检测了该基因在ABA、干旱、低温和高盐胁迫处理下的时空表达。结果显示：CmNAC83、PtNAC83和ClNAC83 的cDNA序列全长均为841 bp,都含有750 bp的开放阅读框（ORF）,编码249个氨基酸;推测其蛋白分子质量分别为24.18、28.00和28.15 kD,等电点分别是9.02、9.31和9.30,且均含有NAC家族的N端保守结构域;系统进化树分析表明,该3个蛋白均属于SENU5亚族,与苹果NAC22亲缘关系较近。实时定量qRT-PCR分析显示,NAC83基因能被ABA、干旱、低温和高盐胁迫诱导表达,且在不同的柑橘种类中存在表达差异。可见柚CmNAC83、枳PtNAC83和柠檬ClNAC83是NAC基因家族的成员,可能在柑橘响应非生物胁迫的过程中起了重要作用。     

辣椒bZIP家族基因的鉴定与表达分析

利用生物信息学的方法对辣椒bZIP家族基因进行全面鉴定与进化分析,并在此基础上对基因染色体定位、蛋白质保守基序和基因结构等进行分析,并通过qRT-PCR方法检测基因的组织表达模式和在ABA胁迫下的应答等。结果表明,从辣椒基因组中共鉴定出54个bZIP家族基因,这些基因分散分布在辣椒的11条染色体上;系统进化分析表明辣椒bZIP基因家族可以分为10组,每组所含有的基因数不等;该家族成员每个基因含有0 ~ 11个内含子;bZIP家族基因具有不同的表达模式;外源激素ABA处理可以明显抑制或者激活该家族基因成员的表达。