森林草莓糖基转移酶基因家族生物信息学及其表达分析

【目的】对森林草莓糖基转移酶基因（FvUGT）家族进行生物信息学分析及基因表达分析,为深入研究森林草莓UGT基因功能和探索UGT调控草莓果实发育及花色苷及品质形成提供理论依据。【方法】基于Phytozome数据库鉴定得出138个FvUGT基因家族基因,运用生物信息学方法分析其蛋白理化性质、基因结构、保守结构域和进化关系,并采用实时荧光定量PCR对UFGT候选基因在森林草莓（红果和白果2个类型）各组织（根、叶柄、叶和果实）中的表达量进行分析。【结果】FvUGT基因家族可分为12个类群（A、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和N）,每个类群分别包含16、2、23、32、8、1、5、5、7、3、21和4个成员;染色体定位发现FvUGT基因家族成员在除2号染色体之外的其他染色体上均有分布,且分布不均;FvUGT基因内含子长度、外显子位置和数目在不同成员间均存在差异,FvUGT基因家族在进化过程中产生较强的分化。实时荧光定量PCR检测结果表明,FvUFGT70基因在森林草莓白果和红果的叶和叶柄中有较高表达;FvUFGT94基因在各组织中均有表达;FvUFGT67和FvUFGT68基因在根中有较高表达;而FvUFGT95和FvUFGT96基因在果实中有表达,且显著高于其他组织（P<0.05,下同）。同时,在果实的小绿期、转色期和成熟期的表达表现为,成熟期FvUFGT33和FvUFGT95这2个基因在森林草莓红果类型的表达量显著高于白果类型。【结论】7个FvUFGT基因表现出明显的组织差异性,其中FvUFGT33和FvUFGT95基因在果实中有较高表达量,且在森林草莓红果类型表达量显著高于白果类型,故推测其在花色苷合成中发挥作用。     

柑橘GGP基因家族生物信息学分析

GDP-L-半乳糖磷酸化酶(GDP-L-galactose phosphorylase,GGP)是植物抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)生物合成的一个关键酶。本研究利用生物信息学分析技术从克里曼丁橘基因组数据库中鉴定到4个GGP基因序列,分别位于4条不同染色体上,均含有内含子,氨基酸个数为307~455个,蛋白质二级结构以无规则卷曲和α-螺旋为主。顺式作用元件预测柑橘GGP基因家族参与光、逆境胁迫和植物生长等响应。转录组数据显示,CsGGP2和CsGGP4是柑橘AsA生物合成起作用的家族成员,CsGGP2是主导成员,参与果皮早期发育;CsGGP4协同参与须根黄龙病胁迫。上述结果为进一步确定柑橘GGP家族基因的功能奠定基础。     

玉米SEs基因家族生物信息学分析

为获悉玉米SEs基因家族的功能和系统进化关系,利用生物信息学方法对玉米SEs基因家族进行鉴定,同时分析其家族成员理化性质、蛋白质二级结构、进化关系、基因结构、保守结构、氨基酸序列、染色体及启动子顺式作用元件。结果表明,在玉米中共鉴定到10个SEs基因家族成员,编码蛋白质的氨基酸序列长度为320～534 aa,分子量大小为33.85～56.94 kDa,等电点为6.57～9.15;亚细胞定位预测结果表明大部分玉米SEs蛋白定位在细胞质和原生质;系统进化树将玉米SEs基因家族分为3支;基因结构的保守基序分析说明玉米SEs基因家族存在一定的差异性;10个玉米SEs基因家族成员主要分布在Chr1、Chr5和Chr9上;氨基酸多序列比对分析表明10个玉米SEs基因家族成员存在一定的结构相似性;蛋白序列中存在10种Motif;启动子顺式作用元件分析表明玉米SEs基因主要受光响应、茉莉酸信号响应调控。     

桃NAC基因家族生物信息学分析

NAC基因家族是最大的植物特有的转录因子家族之一,因在植物发育和逆境应答过程中起着多样的作用而被广泛关注。为进一步进行桃NAC家族基因鉴定、功能分析等研究提供基础信息,采用生物信息学方法预测了桃NAC基因家族成员数目、在基因组骨架上分布、表达模式、假定蛋白质结构和亚族分类。预测结果显示桃NAC基因家族包含115个假定NAC蛋白质,被分为17个亚族,且与拟南芥中NAC家族基因具有一定的相似性;1个NAC基因分布在11号骨架上,其余分布在1～8号基因组骨架上;对一级结构的分析结果显示桃NAC家族蛋白质分子量和氨基酸数目成正相关,绝大多数是亲水氨基酸,各亚族间等电点没有规律;115个蛋白质的二级结构全部以无规则卷曲为主要构成元件,且它们的三级结构大部分相似。在果皮中表达的NAC家族基因数最多,达到75%;在花芽中表达的NAC家族基因数较少,为1%。     

玉米PLDs基因家族生物信息学分析

磷脂酶D(PLD)为植物中重要的一种水解酶,PLD在逆境下不仅参与细胞膜的老化过程和种子萌发的过程,还作为一个信号物质响应脱落酸的形成。为了进一步明确玉米PLDs基因家族的功能,通过对玉米PLDs基因家族基本信息的预测,结构域的预测,染色体定位,基因结构的分析,蛋白系统进化树分析以及盐碱胁迫下的ZmPLDs进行转录组分析,共鉴定出ZmPLDs15个,分布在α、β、ε、ζ四个亚家族中,且预测基因主要功能为响应逆境信号和ABA诱导的气孔开闭过程。通过对ZmPLDs生物信息学分析进一步明确了ZmPLDs基因家族的生物学功能。     

番茄CKX基因家族生物信息学分析

植物细胞内的细胞分裂素受到细胞分裂素脱氢酶/氧化酶(Cytokinin oxidase/dehydrogenase,CKX)的调节,来维持植物体内细胞分裂素动态平衡。为探究番茄基因组中CKX基因(SlCKX)家族成员的信息,本研究通过现代生物信息学分析,对番茄中CKX基因家族进行鉴定和分析。结果表明,在番茄全基因组中鉴定出9个CKX基因家族成员,蛋白长度在453~553氨基酸之间,编码蛋白分子量在51660.72~52493.64kDa之间,为亲水性蛋白;番茄CKX基因分在4个亚族内,并且SlCKX家族成员中含有3~5的内含子以及4~6外显子;9个番茄CKX家族基因不均匀的分布在5条染色体上,番茄CKX基因家族包含11种顺式作用元件,其中分布最广的为脱落酸响应元件。该研究将为番茄CKX基因家族的功能和应用研究提供一定的理论依据。     

番茄OFP基因家族生物信息学分析

为了解番茄OFP基因家族的功能特征,通过生物信息学手段对番茄OFP基因家族成员进行全面的生物信息学分析,包括染色体定位、基因结构、蛋白质理化性质、二级结构、三维构象、启动子分析、亲缘关系及组织特异性分析.结果表明,番茄中的31个OFP基因在12条染色体上呈不均匀分布;除SlOFP6、SlOFP7、SlOFP12、SlOFP13基因以外,其余27个OFP基因均不含有内含子结构.蛋白质理化性质分析结果表明,大部分OFP蛋白为不稳定性蛋白,并且54.8％的OFP蛋白分布于细胞核中.蛋白质二级结构和三维构象显示,番茄OFP蛋白以α-螺旋和无规则卷曲为主要组成成分,表明番茄OFP蛋白之间存在保守性.启动子顺式作用元件分析结果表明,番茄OFP基因启动子上主要存在3类元件:光响应、激素响应应答以及逆境胁迫响应元件.而组织特异性分析结果表明,番茄OFP基因在各组织中的表达量差异较大,预示着番茄OFP基因生物学功能的多样性.分析结果将为后续研究番茄OFP基因家族成员的生物学功能提供参考.     

苦荞GIS基因家族生物信息学分析

[目的]对苦荞GIS基因家族进行系统分析,为该基因家族的进一步功能研究奠定了基础。[方法]本研究利用苦荞全基因组数据,运用BLAST对比,结合SMART和Pfam分析,对苦荞GIS基因家族进行分析。[结果]从苦荞全基因组数据中,共挖掘得到了10个GIS家族基因FtZFP1～FtZFP10;编码氨基酸数目为115～270个,等电点为5.77～9.22,整体表现为疏水性不稳定蛋白;二级结构元件以无规则卷曲为主。10个FtZFP均含有一个保守的C2H2锌指结构,多位于肽链的N端,在数量和分布上均具有一致性;除FtZFP1和FtZFP4外,均含有植物特有的QALGGH结构。在盐胁迫下,FtZFP8表现为上调表达;在铝胁迫,FtZFP7表现为上调表达。[结论]本研究通过苦荞全基因组数据分析,挖掘得到10个GIS基因家族成员,系统分析了其染色体定位和基因结构、蛋白保守区域和系统进化,以及逆境下表达情况,为进一步揭示苦荞C2H2锌指蛋白基因在表皮毛发育调控中功能以及苦荞高海拔耐逆性奠定了理论基础。     

拟南芥SBP基因家族生物信息学分析

SBP基因家族是植物体中特异性存在的一类重要转录因子,主要功能是调控生物生长以及细胞分化。此次研究采用生物信息学的方法,对拟南芥SBP蛋白序列进行系统进化分析,并为其构建了系统发育树。由试验结果可以得出,拟南芥SBP基因家族共包括30个成员,分布在4条染色体上,其分布比较集中,分成三大亚族。拟南芥SBP蛋白具有的生物功能是控制生物生长以及细胞分化,调节基因表达以及谷胱甘肽的分解代谢过程,在Cu²⁺跨膜转运中也有一定作用。另外,有许多的蛋白序列还具有分子功能——调控转录因子活性。该研究所得结果均为拟南芥SBP转录因子的进一步功能分析提出了重要研究依据。     

大豆GmUGD基因家族生物信息学分析

尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶(UGD)是多糖合成中的一个关键酶,广泛参与植物生长发育与非生物胁迫响应过程。采用生物信息学方法,在全基因组水平预测出10个大豆Gm UGD基因;序列分析结果显示,Gm UGD基因均具有UDP-葡萄糖/GDP-甘露糖脱氢酶家族的3个典型结构域;基因复制分析表明,80%Gm UGD基因存在复制事件;系统发生分析结果显示,Gm UGD基因分为三类,分类结果与基因复制分析结果基本吻合;基于Uni Gene数据库与GEO数据库的表达模式分析显示,根中Gm UGD基因的ESTs最多,上胚轴中最少;另外,Gm UGD基因能够响应盐碱胁迫诱导,在大豆根和叶中表达模式不同。结果可为进一步研究大豆Gm UGD基因功能提供理论依据。     

谷子超氧化物歧化酶基因家族生物信息学分析

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）是重要的抗氧化酶,在生物体内广泛存在。以谷子基因数据库为搜索平台,利用生物信息学方法对谷子超氧化物歧化酶基因家族进行全基因组扫描和生物信息学分析。结果表明：谷子SOD基因家族包含8个基因,不均匀的分布在6条染色体上,8个基因的外显子数量为1~9个,蛋白质的氨基酸序列长度在56~334 aa之间。谷子中的8个SOD蛋白,有5个具有Cu-SOD基序,3个具有Mn-SOD基序。进化树分析表明,谷子SOD蛋白与水稻、高粱SOD蛋白序列具有较高的同源性。该研究结果可以为进一步了解谷子SOD基因家族和谷子抗氧化机制提供一定参考。     

葡萄GRAS基因家族生物信息学分析

为研究葡萄中GRAS基因家族的特征,本文首先利用生物信息学方法对葡萄91条GRAS蛋白序列的系统发生和GRAS基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥的GRAS基因家族之间的联系。结果显示这91条蛋白序列与拟南芥35个GRAS基因蛋白序列一起分成了8个亚族,说明拟南芥与葡萄GRAS基因间具有较高的保守性。基因组定位结果发现91条GRAS基因分布在17条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;而二级结构预测结果发现,91条氨基酸序列以α-螺旋和随机卷曲为主要组成部分,且91条氨基酸序列三维结构相似。     

水稻dirigent基因家族生物信息学分析

摘　要：利用现有的水稻生物信息资源,共鉴定出了53个水稻dirigent (OsDIR)基因,它们分布在8条水稻染色体上;基因结构分析显示,有32个OsDIR基因不含内含子,占总数的60.4%;保守功能区域预测表明,OsDIR基因至少含有1个保守的DIR功能域;模块预测显示,水稻DIR蛋白拥有至少10个大小不同的保守模块,且不同模块在基因家族成员中出现的频率有较大的差异;蛋白序列比对表明,该基因家族蛋白保守序列均位于DIR功能域内;蛋白功能预测表明,大多数OsDIR蛋白为稳定的疏水性蛋白,表达于大多数细胞器中,且在细胞壁中表达最为丰富;同源基因分子遗传进化分析表明,OsDIR基因可分为5个亚类,功能域片段与基因的复制特征表明,OsDIR基因可能起源于共同的祖先(基因)。     

苹果SBP基因家族生物信息学分析

首先利用生物信息学方法对苹果42条SBP蛋白序列的系统发生和SBP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级和三级结构进行预测和分析,同时还分析了苹果与拟南芥的SBP基因家族之间的联系。结果显示着42条蛋白序列与拟南芥16条SBP蛋白序列一起被分成了7个亚族,拟南芥与苹果SBP基因间具有较高的保守性。基因组定位结果显示42条SBP基因分布在12条染色体上。研究还发现不同亚族间氨基酸数目、氨基酸序列疏水性存在一定的差异;二级结构预测分析发现,42条氨基酸序列以随机卷曲和α-螺旋为主要组成部分,而且42条氨基酸序列三维结构相似。     

蔷薇科果树TMT基因家族生物信息学分析

[目的]本文旨在对蔷薇科果树液泡膜单糖转运蛋白(TMT)基因家族成员进行鉴定,分析其染色体定位、序列特性、进化关系及在白梨中的表达特征,为蔷薇科果树TMT基因功能研究和利用奠定基础。[方法]基于苹果、草莓、梅、桃、白梨、西洋梨和黑树莓7个蔷薇科果树物种的全基因组测序结果,应用生物信息学方法进行序列分析,通过RT-q PCR技术分析白梨TMT基因在各器官组织中和果实不同发育阶段的表达特性。[结果]苹果、草莓、梅、桃、白梨、西洋梨和黑树莓等TMT基因家族成员数量分别为5、2、4、4、6、4、2,各物种TMT基因不均匀地分布在2~4条染色体上。TMT蛋白结构高度保守,均存在11个α螺旋跨膜结构域,氨基酸序列长度700左右,等电点(p I)为4.79~5.93,最大疏水系数为0.312~0.438,为疏水性蛋白,亚细胞定位预测均位于液泡膜。系统进化分析表明,7个蔷薇科果树物种的TMT家族基因明显聚为两组,组Ⅰ中的TMT基因可能为其主要的功能基因。TMT基因家族经历过2次全基因组复制事件,进化过程中主要受纯化选择作用。定量分析发现,白梨中鉴定的Pb TMT1、Pb TMT2、Pb TMT3在成熟叶中和果实膨大期表达量最高,Pb TMT4的表达量随着果实发育不断增高,Pb TMT6的表达量在成熟叶中最高,而在果实发育后期急剧下降。[结论]蔷薇科果树TMT基因家族成员高度保守,主要在液泡膜上起重要功能,不仅在果实糖分积累过程中发挥重要作用,还参与了植物发育和抗逆过程。     

糜子PSY基因家族鉴定及生物信息学分析

八氢番茄红素合成酶(PSY)是影响类胡萝卜素合成的首要限速酶。为了鉴定糜子中调控类胡萝卜素合成的PSY基因,我们通过生物信息学的方法在糜子全基因组进行了同源比对,同时对糜子的PSY蛋白进行了理化性质分析,以及对糜子PSY基因的启动子区做了分析。结果表明,糜子全基因组中共有5个PSY基因,所编码的PSY蛋白均为亲水性;亚细胞定位预测显示糜子PSY蛋白可能定位于线粒体和叶绿体中;系统进化结果显示糜子PSY蛋白与谷子的PSY蛋白亲缘关系较近;在糜子PSY基因的启动子区包含激素类、光响应类、逆境胁迫类以及生长发育类响应元件。该基因家族的鉴定为研究调控糜子籽粒颜色深浅的相关机理提供理论基础,也为选育高类胡萝卜素糜子品种提供了参考依据。     

胡萝卜YUCCA基因家族鉴定及生物信息学分析

胡萝卜是重要的根菜类蔬菜之一,根部性状影响最终的产量和品质.YUCCA基因通过介导生长素调控植物根部发育,是生长素合成途径中的关键基因.利用生物信息学方法对胡萝卜YUCCA基因家族成员进行鉴定,对其理化性质、染色体定位、系统进化树、蛋白质的二级和三级结构以及保守基序进行分析.结果表明,在胡萝卜的5条染色体上共鉴定到了14个YUCCA基因家族成员,其大部分基因含有3～4个外显子;该家族编码的蛋白质为富含碱性氨基酸的亲水性蛋白质,氨基酸数量为290～424个,其蛋白质结构主要以α-螺旋和无规则卷曲构成,通过构建系统进化树可将其分为3个亚族,且亚细胞定位结果显示,YUCCA基因家族蛋白质大部分被定位在细胞质中.这为YUCCA基因家族在调控胡萝卜根发育和膨大机制研究奠定了理论基础.     

苹果CAX基因家族生物信息学和表达分析

[目的] CAX(Ca2+/H+exchanger antiporter)是一类重要的跨膜转运蛋白,在植物体内阳离子转运上起着非常重要的作用.本文对苹果MdCAXs基因进行了生物信息学和组织特异性表达分析,以期为该类基因的功能研究奠定基础.[方法]利用生物信息学的方法对苹果MdCAXs基因家族染色体定位、蛋白质等电点、亲疏水性、跨膜区域、亚细胞定位及保守结构域进行了预测和分析,同时还分析了MdCAXs基因与其他物种CAXs基因的进化关系.采用实时荧光定量PCR法对苹果MdCAXs基因在不同盐处理下根、茎、叶中的表达变化进行分析.[结果]苹果MdCAXs家族包含8个成员,分别属于CAXsⅠ型中的A亚型和B亚型,编码436～817个氨基酸,等电点4.97～7.12,且都为疏水性蛋白;所有MdCAXs基因编码的氨基酸都有11个及以上的跨膜区域,含有CAXs基因5个典型的功能域:N-端自抑制区域(NRR)、C-端功能区域、Ca2+功能域(CaD)、C功能域和D功能域.亚细胞定位预测MdCAXs主要是定位在质膜和内质网上.苹果MdCAXs基因具有组织特异性表达特点,不同种类盐处理根、茎、叶中表达发生不同程度的变化,反映了MdCAXs存在功能上的差异,对不同阳离子有特异性的应答反应.[结论]苹果MdCAXs是一类跨膜转运蛋白,具有植物CAXs基因典型的结构特征,根、茎、叶对不同的盐离子具有不同的表达响应.     

苹果LIM基因家族生物信息学及表达分析

【目的】在苹果全基因组中鉴定LIM,通过分析启动子作用元件、保守结构域、基因聚类、基因结构、染色体定位以及组织表达模式,为研究和利用苹果LIM奠定基础。【方法】利用苹果基因组数据库GDR和PLAZA,获得苹果LIM家族成员并进行编号。苹果LIM蛋白氨基酸序列的基本信息通过ExPASy Proteomics Server进行预测,利用Cell-PLoc进行亚细胞定位预测,利用CD-Search Tool进行LIM结构域分析,采用MEGA 7软件构建进化树,采用GSDS绘制基因结构,并利用TBtools软件对鉴定得到的MdLIM进行染色体定位,通过实时荧光定量RT-PCR对MdLIM的组织表达进行分析,并利用SPSS 18.0软件分析差异显著性。【结果】共鉴定得到11个苹果LIM家族成员,这些MdLIM蛋白包含96—222个不等的氨基酸残基,等电点分布在6.14—9.01。亚细胞定位结果显示,MdLIM蛋白在细胞核中均有分布。启动子作用元件分析表明,11个MdLIM启动子上分布有响应激素、环境适应性和逆境诱导的元件。蛋白保守结构域分析表明,11个MdLIM蛋白中除MdLIM8具有单LIM结构域外,其余10个均具有双LIM结构域。根据聚类分析结果可将MdLIM分为4组。染色体定位结果显示,MdLIM分布在苹果17条染色体中的7条,且MdLIM在7条染色体上的分布不均匀。花、叶、果皮和茎中的实时荧光定量RT-PCR结果显示,4个组织中均能检测到MdLIM的表达,且表达量具有一定差异。【结论】苹果LIM基因家族包括11个成员,进化上可分为4组,11个基因分布于7条染色体上,在不同组织中的表达具有多样性和特异性。