绿豆Dof家族基因的生物信息学分析及盐胁迫下的表达分析

[目的]Dof家族基因是植物特有的一类转录因子,在植物的生长发育、细胞的防御反应等方面具有重要的调控作用.[方法]本文从绿豆转录组数据库中筛选出41条Dof基因,对其蛋白序列进行生物信息学分析和盐胁迫下表达分析.[结果]Dof基因分布在除6号染色体外的1～11号染色体上,都具有1个高度保守的结构域;Dof蛋白含有5～2...     

小麦Dof转录因子家族全基因组鉴定和表达分析

利用生物信息学方法对小麦Dof转录因子家族进行全基因组鉴定,并对其保守结构域、系统进化关系、共线性和表达模式进行分析,以期为小麦Dof转录因子的功能研究奠定基础。结果表明,在小麦基因组水平上共鉴定到86个Dof基因,它们在小麦染色体上不均等分布,A、B、D染色体组中分别含有30、29、27个Dof转录因子;小麦Dof转录因子可被分成A、B、C1、C2、C3、D1、D2七个亚组,其中亚组D1是最大的一个亚组,含有29个Dof转录因子;多序列比对结果显示,所有的Dof转录因子都包含有一个C-X_2-C-X_(21)-CX_2-C保守基序;共线性结果表明,有23个Dof基因组成了29对共线性基因对,暗示Dof基因在进化过程中发生了复制;表达模式分析表明,Dof基因在不同生长发育时期的组织和胁迫条件下均存在差异表达,说明Dof基因广泛参与小麦生长发育,且在响应生物和非生物胁迫中可能发挥重要作用。     

苹果Dof转录因子生物信息学及其表达分析

为了解苹果Dof转录因子家族的生物学信息与功能,利用苹果基因组GDDH13 v1.1检索及RNA-seq转录本重构找到51个Dof基因,并通过Pfam和SMART检测确认,进一步对这些Dof基因进行全面分析.结果表明,除MD07G1265700外,其他50个Dof蛋白均含有一个明显的Dof结构域,且有一个CX2CX21CX2C基序.这些Dof基因编码氨基酸数为163～523,相对分子质量为18210～55800,等电点为5.01～10.30,多数Dof成员定位于细胞核中,少数定位于叶绿体或线粒体中.组织特异表达显示多数Dof基因在营养器官中的表达量高于生殖器官,而MD01G1084700、MD07G1153300、MD08G1040100、MD15G1034500基因在未成熟的果肉中表达量最高.盐碱胁迫下,除MD05G1023800基因没有检测到表达外,其他Dof基因的表达均受盐碱胁迫影响,只是响应强度和时间有差异,基因表达显著上调的有7个,显著下调的有15个.该研究结果为进一步揭示苹果Dof转录因子生物功能奠定了理论基础.     

木薯25个WRKY家族转录因子在生物胁迫下的表达分析

根据拟南芥和水稻的WRKY基因和木薯基因组序列,利用生物信息学方法预测木薯Me WRKY转录因子家族成员,并对其进行系统进化关系和保守结构域的分析。通过病原菌接种处理,分析不同Me WRKY转录因子的表达差异。结果显示,木薯共编码25个与抗病相关WRKY蛋白,在病原菌胁迫条件下,其中16个Me WRKY基因的表达受到显著影响,表明这些WRKY蛋白可能参与木薯的防御应答反应。     

杨梅全基因组的GATA转录因子鉴定、功能及进化分析

对杨梅GATA转录因子进行全基因组鉴定,并预测其理化特性、染色体定位、基因结构、蛋白保守序列等基本特征.结果表明,26个GATA转录因子随机分布在8条染色体上,共分为4个亚家族,并且各亚家族的成员在保守基序、结构域及基因结构上均存在一定的差异性.物种共线性结果表明,基因复制和片段性的重复事件可能是部分MrGATA演变的主要驱动力,MrGATA在不同组织和发育时期的表达数据说明各亚家族之间也存在功能上的差异.根据顺式作用元件及表达模式推测了GATA转录因子家族成员的功能.这些数据为探究杨梅MrGATA功能以及分子育种提供了依据.     

葡萄全基因组WRKY转录因子鉴定和分析

为鉴定和分析葡萄全基因组中WRKY家族转录因子基因,利用生物信息学的方法,分析葡萄全基因组WRKY转录因子类型、进化分析、染色体定位、基因结构、保守元件和基因表达模式。结果表明:葡萄全基因组中有56个WRKY转录因子。序列比对和系谱进化表明,分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个组,Ⅱ组分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e五个亚组。染色体定位表明,存在串联复制和分布不均现象,但是在3号染色体上无该家族基因定位。结构域和保守元件分析都说明葡萄WRKY(VvWRKY)家族的WRKY结构域是高度保守的。葡萄叶片中基因表达模式分析表明,VvWRKY家族的部分基因参与非生物胁迫。     

植物特有的YABBY基因特征与功能研究现状

本文基于国内外YABBY基因研究文献,结合基因生物信息数据,对YABBY基因家族的特点和分类、YABBY转录因子对植物次生代谢的调控以及多物种YABBY基因研究现状进行了理论总结,综述了YABBY基因家族特征与功能研究的进展,为后续研究植物YABBY基因及其转录因子提供依据。研究表明,YABBY基因家族具有两个高度保守的结构域,即锌指结构域和YABBY结构域。根据YABBY基因在被子植物中的不同表达模式,该基因可分为“营养型”和“生殖型”两类。YABBY基因是植物特有的一类转录因子家族,对植物的生长发育起着重要作用。     

玉米Dof转录因子家族的全基因组鉴定与分析

【目的】全基因组水平鉴定并解析玉米Dof（DNA binding with one finger）基因家族。【方法】基于玉米V3基因组数据鉴定玉米Dof基因家族,并从基因的结构、系统发育关系、染色体的位置分布、玉米不同组织和不同生理发育阶段基因的表达谱以及在充足氮（sufficient nitrogen,SN）和低氮（limiting nitrogen,LN）条件下V3期叶组织基因的差异表达5个方面分析玉米Dof基因家族。【结果】玉米参考基因组中存在46个Dof结构域基因,命名为ZmV3Dof1-ZmV3Dof46。通过系统发育关系和序列相似性将该基因家族分为8个亚类（Subgroup）S1-S8,每个亚类有3-8个Dof基因。通过分析该家族染色体分布,发现玉米10条染色体,除Chr.9外,均有Dof基因的分布,其中,在Chr.1上分布最为密集,有12个ZmV3Dofs;在Chr.5和Chr.3上分布次之,分别为8和7个ZmV3Dofs;在其他染色体上则分布较少,此外,Dofs在Chr.1的底部、Chr.5的顶部和底部分布密度相对较高。表达谱分析结果表明,Dof基因家族成员在不同组织及不同发育阶段均有差异表达,预示不同Dof基因功能的多样性以及在植物发育过程中扮演着不同角色,且同一亚类Dof基因表达模式存在一定程度的相似性。此外,玉米Dof基因家族对氮响应较为敏感,充足氮（SN）和低氮（LN）条件下,V3期叶组织基因的RNAseq表达结果显示35个Dof基因在2种氮处理下表达量存在差异,其中13个基因表达量差异较大。值得注意的是21个Dof基因在低氮处理下表达量上调,其中8个基因只在低氮条件下表达。【结论】基于最新版基因组数据鉴定玉米在自交系B73基因组中存在46个Dof基因,Dof基因家族成员参与玉米不同生理发育过程中,部分基因可能在氮代谢调控中发挥积极作用。     

甘蓝型油菜HD-ZIP基因家族的鉴定和表达分析

为揭示HD-ZIP蛋白家族成员在甘蓝型油菜全基因组中的分布及相关特征,通过生物信息学方法共鉴定出74个HD-ZIP转录因子,分别被定位到甘蓝型油菜的19条染色体和8条随机序列;这74个HD-ZIP蛋白都含有高度保守的HD-ZIP结构域;系统发育进化树将该家族成员聚为4大类;共线性分析发现大部分基因不仅在A和C染色体组间存在共线性,而且在各自染色体组内也存在串联重复事件;基因表达分析发现,大部分HD-ZIP家族基因在根和叶中均有表达,并且在根中表达的基因多于叶片,受到盐胁迫处理时,大部分基因表达量会增加。初步明确了甘蓝型油菜HD-ZIP家族成员结构特点和相关功能,为进一步研究甘蓝型油菜HD-ZIP蛋白家族基因的生物学功能奠定了基础,为油菜抗性育种工作提供科学依据。     

甘薯全基因组WRKY转录因子的基因鉴定与逆境胁迫表达分析

【目的】对甘薯(Ipomoea batatas)全基因组WRKY转录因子进行基因鉴定与逆境胁迫表达分析,为甘薯WRKY基因的应用提供参考。【方法】在甘薯全基因组序列的基础上,应用生物信息学方法对WRKY基因进行挖掘,分析基因潜在复制关系、保守结构域、亚家族系统进化树、保守基序和抗逆表达模式,并对甘薯SPF1基因与IbWRKY基因进行了比较和分析。【结果】甘薯全基因组上共有82个WRKY基因,可分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3个类型,其中类型Ⅰ和类型Ⅲ的成员数量分别为18和5,类型Ⅱ可进一步分为Ⅱ-a、Ⅱ-b、Ⅱ-c、Ⅱ-d和Ⅱ-e 5个亚类,其成员数量分别为4,14,20,8和13。甘薯WRKY基因不均匀分布于15条染色体上,其中25对基因存在潜在复制关系。保守结构域分析发现,大部分WRKY的结构域高度保守,但个别基因存在保守结构域缺失现象。拟南芥与甘薯的WRKY转录因子在系统进化树上呈现按物种少量聚集的现象。在甘薯WRKY转录因子家族中共发现10个保守基序,包括含有WRKY七肽结构域的基序1和基序7、含有锌指结构域的基序2和基序3,其中基序3为Ⅰ类型WRKY转录因子N端WRKY结构域所特有。对逆境胁迫下的甘薯转录组数据进行分析发现,甘薯苗期在蔓割病菌(Fusarium oxysporum f. sp.batatas)侵染后共有19个WRKY基因差异表达,甘薯块根贮藏期在低温胁迫下有34个WRKY基因差异表达。蛋白序列比较和分析结果表明,甘薯SPF1的氨基酸序列与IbWRKY32的氨基酸序列一致度最高,为85.4%。【结论】甘薯全基因组中鉴定得到82个WRKY基因,其结构域较为保守,在蔓割病胁迫与低温胁迫条件下均存在差异表达。     

小桐子Dof基因家族生物信息学与表达分析

Dof转录因子在植物的生长发育和非生物胁迫响应中起重要的调控作用。在本研究中,总共24个小桐子Dof基因被鉴定。保守域分析结果表明,小桐子Dof蛋白的结构域均含有CX2CX21CX2C基序。染色体定位分析结果表明,23个Dof基因不均匀地分布在9个连锁群(LGs)上。系统发育树表明,24个小桐子Dof蛋白被分成9个组。在这24个Dof基因中,大多数在被检测的组织中显示出差异表达; 14个Dof基因的表达在至少1个胁迫(干旱或盐胁迫)条件下显示出增加或者降低。在这14个差异表达Dof基因中,8个Dof基因(Jc Dof4、Jc Dof8、Jcdof9、Jcdof10、Jcdof11、Jcdof21 Jcdof22、Jcdof24)在至少1个处理时间点表现出对干旱和盐胁迫响应,2个基因(Jc Dof2、Jc Dof23)仅对盐胁迫响应,4个基因(Jc Dof3、Jc Dof5、Jc Dof17、Jc Dof20)仅对干旱胁迫响应。该结果将为进一步研究Dof基因在调控小桐子生长发育和非生物胁迫响应中的作用提供一些有价值的信息。     

大白菜GIF蛋白家族的生物信息学分析

GIF(GRF-interacting factor)家族是一类含有SNH和QG结构域的蛋白质,可与GRF(Growth reg-ulating factor)转录因子蛋白相结合形成功能复合体,通过促进和维持细胞的分裂能力参与调控植物叶器官的发育。本研究系统鉴定了5个大白菜的GIF基因,并对这些基因编码的蛋白质序列进行了保守性和系统进化分析,最后对BrGIF1基因的表达进行了分析。结果表明,所有的大白菜和拟南芥GIF蛋白家族成员都具有高度保守的SNH和QG结构域。在进化上,GIF蛋白家族可分为两个不同的亚家族,并且这种特征在大白菜和拟南芥分离之前就已经形成。在表达模式上,BrGIF1基因在具有较大叶球的白菜自交系以及具有较强细胞分裂能力的组织中的转录表达水平较高。另外,BrGIF1基因的表达受到NAA的诱导和ABA的抑制。这些结果表明大白菜GIF蛋白可能具有和拟南芥GIF蛋白相似的生物学功能,在调控植物器官发育中具有重要作用。     

海岛棉类受体胞质激酶RLCK VI家族全基因组鉴定与胁迫表达分析

【目的】对海岛棉（Gossypium barbadense）类受体胞质激酶RLCK VI(GbRLCK VI)家族基因进行全基因组分析，为深入研究RLCK VI家族基因参与棉花生长发育和抗逆的调控机制提供参考。【方法】基于最新发布的海岛棉基因组数据，利用生物信息学手段对GbRLCK VI家族基因进行全基因组鉴定，并系统分析该家族基因成员的理化性质、序列特征、基因复制、系统进化和表达特征。【结果】海岛棉中共鉴定出39个GbRLCK VI家族基因，经聚类分析将其分为A、B两组，其中A组22个，B组17个，均含有1个激酶结构域，分布于16条染色体，多数位于质膜。基因复制分析表明，该家族在进化过程中发生染色体片段复制事件；Ka/Ks分析显示，所有基因对Ka/Ks均小于1，表明GbRLCK VI家族基因在进化过程中可能经历了严格的纯化选择作用。转录组分析表明，GbRLCK VI家族基因在10个不同组织中的表达模式不同，11个基因在花器官中优势表达，9个基因在根茎叶中优势表达；逆境胁迫下的表达分析显示，8个基因在干旱、盐、黄萎病胁迫下优势表达，4个基因只在黄萎病胁迫下优势表达，说明GbRLCKVI...     

谷子NF-YB基因家族的鉴定与生物信息学分析

为进一步明确谷子NF-YB基因家族结构的功能,研究利用生物信息学分析了谷子NF-YB基因家族的数目、染色体分布、进化关系、保守基序、保守结构域及组织表达情况。结果表明,在谷子中共鉴定出16个NF-YB基因,谷子NF-YB基因家族在染色体上呈不均匀分布;大多数亲缘关系较近的谷子NF-YB基因家族成员的外显子-内含子结构、保守基序、保守结构域较为相似,且NF-YB基因家族不同成员在谷子不同组织中的表达量存在显著差异。研究结果可为进一步探索NF-YB基因家族的功能奠定理论基础。     

核桃JrbHLH转录因子家族鉴定与响应冷胁迫基因表达分析

为了探究核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用，本研究通过转录组数据结合隐马尔可夫模型筛选技术在核桃全基因组挖掘出bHLH转录因子家族成员并进行结构分析，进一步对该家族成员响应冷胁迫的差异表达基因进行冷胁迫不同时间与不同组织中的表转录水平分析。结果表明，核桃bHLH转录因子家族包含72个基因，编码72条蛋白，开放阅读框为393～1 839 bp，编码的蛋白长度为130～612个氨基酸，等电点为4.61～9.51，均为亲水性蛋白；各成员均含有典型的碱性区域和螺旋-环-螺旋结构域；与拟南芥同家族聚类分析发现，核桃bHLH家族成员可分布到15个亚群，且同源性较高。结合转录组数据筛选到16个响应冷胁迫的差异表达基因，在冷胁迫不同时间后出现不同程度响应，并且在不同组织中存在特异性表达。本研究将为核桃bHLH转录因子家族在响应冷胁迫过程中的作用研究奠定基础。     

花生GATA基因家族鉴定和表达分析

[目的]探究GATA基因家族在花生生长发育和抗旱调控中的作用。[方法]通过生物信息学方法鉴定花生GATA家族成员,分析其系统进化、基因结构、组织表达模式,最后结合转录组数据和实时荧光定量PCR技术筛选花生GATA家族响应干旱胁迫的关键基因。[结果]本文鉴定到47个GATA类转录因子编码基因,它们不均匀地分布在除2号、4号和14号染色体以外的17条染色体上。理化性质分析表明,该家族属于亲水性蛋白,大部分基因呈酸性,只有Arahy.QG9XFC.1具有信号肽。根据拟南芥家族同源基因聚类分析结果,可将花生GATA家族蛋白分为4个亚家族。其中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ亚家族成员的锌指结构域特征模体为C_X2C_X18C_X2C,而第Ⅳ亚家族为C_X2C_X20C_X2C类型。大部分成员在A亚基因组和B亚基因组中呈对称分布,组织表达模式分析显示,超过半数的GATA家族成员在22个组织中表现不同程度的特异性表达。其中第Ⅰ亚家族Arahy.LJYJ4M、Arahy.VS8GG1、Arahy.3S...     

植物WRKY转录因子及其生物学功能研究进展

WRKY转录因子是一个大的植物转录因子家族。该转录因子家族最显著的特征是家族各成员至少包含一个WRKY结构域,该结构域的N-端有一个高度保守的WRKYGQK基序,C-端为一个锌指类似结构域(zinc-finger-like motif),一般组成为C-X_(4-5)-C-X_(22-23)-H-X-H。WRKY转录因子通过WRKY结构域与下游目标基因启动子区的W-box进行特异性结合从而调控目标基因的表达。研究表明,WRKY蛋白除了广泛参与植物种子萌发与休眠、叶片衰老、代谢、激素信号转导外,还参与生物和非生物胁迫等生理生化反应过程的调控等新功能。综述了国内外有关WRKY转录因子的研究进展,讨论了其在植物生长发育以及应对生物和非生物胁迫过程中发挥的调控功能,以期为全面研究WRKY转录因子家族的结构和功能提供新的观点。     

柑橘响应溃疡病菌转录因子CsBZIP40的克隆及功能分析

【目的】分析柑橘BZIP转录因子家族并克隆柑橘溃疡病菌相关的转录因子Cs BZIP40,对其进行亚细胞定位并研究外源激素及机械损伤对该基因的诱导表达,确定其诱导表达模式,分析其与溃疡病菌侵染的关系。【方法】基于全基因组公共数据库,对柑橘BZIP转录因子进行综合专业注释以获得柑橘中BZIP家族的所有成员信息,并根据染色体定位对其进行命名;利用MEME分析其结构域;利用MEGA 6.0分析柑橘BZIP与拟南芥BZIP的系统发育关系,并根据系统发育关系对该基因家族进行分类,确定本研究关注的Cs BZIP40所属的类型;结合染色体定位和系统发育树确定该家族的基因复制情况;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)方法验证感染溃疡病菌前后由柑橘转录组筛选出的Cs BZIP40表达模式;分析Cs BZIP40、启动子元件(plant CARE)和核定位信号(c NLSmapper),构建GFP融合载体,用洋葱表皮进行亚细胞定位分析,来对预测的核定位信息进行验证;利用q RT-PCR技术分析水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、乙烯利(ET)以及机械损伤(wounding)对该基因的诱导表达模式,揭示该转录因子与激素代谢途径的关系。【结果】从柑橘(甜橙)全基因组数据库中共注释到47个BZIP,这些BZIP基因位于9号染色体之外的所有染色体上,其中3号染色体基因密度最大为4.5×10-7个/Mb,2号染色体上的BZIP基因密度最小,仅占所有BZIP基因的2%;柑橘BZIP基因家族含有较少的基因复制事件,所以相对其他已测序物种其BZIP家族较小;Cs BZIP40基因全长5 756 bp,开放阅读框1 530 bp,编码509个氨基酸;经BZIP家族染色体定位、结构域和系统发育分析结果显示Cs BZIP40基因序列特异性较好,且Cs BZIP40与拟南芥中AT1g08320属于同源基因,属于柑橘10个亚家族中参与病菌防御的D亚类;上游启动子元件含多个与植物逆境或激素应答相关的顺式作用元件,例如Box-W1、HSE、ERE等;此基因含有核定位信号,亚细胞定位表明此蛋白定位于细胞核,具备转录因子发挥作用的前提;外源水杨酸并不会使四季橘和纽荷尔脐橙中Cs BZIP40的表达水平显著上调,纽荷尔脐橙在茉莉酸甲酯诱导后有明显的差异表达,但乙烯利可以使Cs BZIP40在四季橘和纽荷尔脐橙中均有较明显的差异表达;柑橘溃疡病菌侵染可诱导抗病品种四季橘中此基因上调表达,而在感病品种纽荷尔脐橙中,该基因对柑橘溃疡病菌侵染没有响应。【结论】Cs BZIP40是响应溃疡病菌侵染的一个转录因子,该基因可作为柑橘抗溃疡病菌分子育种的一个候选基因来进行进一步功能性验证,具有潜在的分子育种价值。     

玉米脱水素基因家族的鉴定与分析

脱水素(dehydrin,DHN)属于LEA蛋白第二家族成员,是一种植物中广泛存在的亲水性蛋白,在干旱、低温和高盐等非生物胁迫的环境中起到重要作用。通过生物信息学方法对玉米全基因组DHN家族成员进行了鉴定,并进一步对其系统发育、基因结构、染色体定位和基因复制以及表达模式进行了系统分析。结果显示,在玉米DHN基因家族中共有5个家族成员,多物种系统发育进化树分析、基因结构以及基序分析都表明DHN家族成员在进化上具有高度的保守性。基因复制和物种间微共线性分析表明,在5个玉米DHN基因中存在着1对片段复制基因(ZmDHN1-ZmDHN2),玉米、高粱和水稻3个物种间存在2对直系同源基因(ZmDHN2-Sb04g032250.1,ZmDHN2-Os02g44870.1)。通过转录组表达数据分析表明,玉米DHN家族基因在不同发育时期具有不同的组织表达模式;同时,诱导表达模式分析表明ZmDHN基因的表达受到盐和干旱胁迫的显著诱导。该研究结果将为进一步鉴定玉米DHN家族重要的基因成员并对其开展功能分析奠定基础。     

水稻WRKY转录因子OsWRKY71的cDNA分离和表达分析

WRKY蛋白是植物中最大的转录因子家族之一,对植物的生长发育具有重要调控作用。利用SMART\|RACE\|PCR技术分离获得水稻WRKY转录因子基因（OsWRKY71）的全长cDNA序列,并进行了相关的生物信息学分析。分离到的水稻WRKY转录因子cDNA全长为1 245 bp（GenBank登录号KJ137000）,开放阅读框1 047 bp,编码348个氨基酸,分子量为3828 kDa,OsWRKY71具有WRKY转录因子家族典型的保守结构域,属于第Ⅱ组WRKY蛋白家族。系统进化分析表明,OsWRKY71氨基酸序列与禾本科作物小麦的亲缘关系最近,其中与小麦序列相似性为69%,和大麦的序列相似性为68%。荧光定量PCR检测表明,OsWRKY71在孕穗期剑叶中表达丰度最高,根中最低,具有表达的空间差异性。抗病品种‘IR28’在受到稻曲菌诱导的初期,OsWRKY71基因表达呈现先升高后下降趋势,易感品种‘甬优9号’在受到稻曲菌诱导后表达受到抑制。这些结果表明,OsWRKY71的表达对稻曲菌侵染有应答响应,很可能在水稻防御稻曲菌侵染的机制中发挥作用。